Ressourceneffiziente Lösungen zur Förderung der europäischen Industrie
Industrielle Verfahren in Sektoren wie der Keramik-, Chemie- und Stahlherstellung sind durch einen hohen Wärmeenergieverbrauch, einen hohen Wasserbedarf und erhebliche Abfallströme gekennzeichnet. Dies macht sie zu wichtigen Zielen für technologische Innovationen beim Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft. „Bei der Herstellung von Keramikfliesen beispielsweise werden in großem Umfang mit Erdgas betriebene Sprühtrockner und Brennöfen eingesetzt, die einen großen Teil des Wärmeenergieverbrauchs ausmachen“, erklärt iWAYS(öffnet in neuem Fenster) – Projektkoordinator Luca Montorsi von der Universität von Modena und Reggio Emilia(öffnet in neuem Fenster) in Italien. „Auch Industriebetriebe leiten oftmals Abwasser ab, das wertvolle Ressourcen enthält oder vor der Entsorgung eine kostspielige Behandlung erfordert. Diese Praktiken stellen eine verpasste Gelegenheit für die Rückgewinnung von Ressourcen und die Kreislaufwirtschaft dar.“
Kreislauforientiertes industrielles Ressourcenmanagement
Im Rahmen des iWAYS-Projekts sollte diese Herausforderung durch die Entwicklung und Demonstration integrierter Technologien für die zirkuläre Bewirtschaftung industrieller Ressourcen angegangen werden. Im Mittelpunkt des Projekts standen drei technologische Säulen, von denen die erste die Wärmerückgewinnung bildete. Mittels Kondensationsvorwärmer (Heat Pipe Condensing Economiser, HPCE) wurde Wärme innerhalb des industriellen Verfahrens wiederverwertet und somit der Brennstoffverbrauch gesenkt. Das Projektteam entwickelte außerdem modulare und anpassungsfähige Abwasseraufbereitungssysteme. Diese Systeme beinhalteten Kombinationen von Aufbereitungseinheiten, einschließlich Ultrafiltration, Nanofiltration, Flotation gelöster Luft, Membrandestillation und photokatalytische Nanofiltration. Eine dritte wichtige Innovation betraf digitale Datenüberwachungs- und Entscheidungshilfesysteme. Diese integrierten Technologien wurden dann anhand von drei großmaßstäblichen industriellen Demonstrationsszenarien in verschiedenen Industriesektoren validiert: einer Fertigungsanlage für Keramikfliesen, einer chemischen Verarbeitungsanlage und einer Stahlproduktionsanlage.
Den Weg für Effizienzsteigerungen von Verfahren ebnen
Das iWAYS-Projekt demonstrierte, dass integrierte Wärmerückgewinnung, Wasserwiederverwertung und digitale Überwachungssysteme zur Verbesserung der industriellen Ressourceneffizienz eingesetzt werden können. Eine der wichtigsten Errungenschaften war der erfolgreiche Einsatz des HPCE unter realen industriellen Bedingungen. In der Keramikanlage konnte das System zum Beispiel erhebliche Mengen an Wärmeenergie aus den Abgasen des Sprühtrockners zurückgewinnen. „Als Erfinder des HPCE und technischer Leiter von iWAYS bin ich stolz darauf, wie mutig wir die Grenzen erweitert haben“, sagt Professor Hussam Jouhara von der Brunel-Universität London(öffnet in neuem Fenster). „iWAYS zeigt, dass wir Nachhaltigkeitsziele realisieren können, wenn innovative Ideen auf echte industrielle Ambitionen treffen.“ Bei der Demonstration in der chemischen Industrie ermöglichte das Wasseraufbereitungssystem eine Verringerung des Süßwasserverbrauchs um bis zu 60 000 Tonnen pro Jahr – ein Ergebnis, das die ursprünglichen Projektziele bei Weitem übertraf. Im Rahmen des Projekts wurden außerdem Sensoren, industrielle Steuerungssysteme und Cloud-basierte Analysen erfolgreich integriert, um eine hochauflösende Überwachung von Industrieverfahren zu ermöglichen.
Auf dem Weg zur industriellen Umsetzung
Montorsi und das Team sind der festen Überzeugung, dass die Ergebnisse von iWAYS eine solide Grundlage für weitere technologische Entwicklungen bilden. Es sind jedoch noch mehrere wichtige Schritte erforderlich, damit die Innovationen des Projekts vollständig in die breit gefächerte industrielle Anwendung überführt werden können. „Einer der wesentlichen nächsten Schritte ist die Maßstabsvergrößerung und Nachbildung der demonstrierten Technologien in weiteren Industriesektoren“, fügt er hinzu. „Die zugrunde gelegten Prinzipien von Wärmerückgewinnung, Wasserwiederverwertung und digitaler Überwachung lassen sich auf viele andere Sektoren übertragen.“ Viele der im Rahmen des Projekts entwickelten Technologien bedurften zudem einer weiteren Optimierung. Dies betrifft die Verfeinerung von Wärmetauscherentwürfen, die Verbesserung der Haltbarkeit von Membranen in Wasseraufbereitungssystemen und die erweiterte Automatisierung von Überwachungsplattformen. Ein weiterer entscheidender Schritt wird in der Entdeckung von Möglichkeiten für die Überwindung von praktischen Einführungshindernissen bestehen, darunter beispielsweise hohe anfängliche Anlagekosten. „Die nächste Arbeitsphase wird im Wesentlichen darauf ausgerichtet sein, diese technologischen Fortschritte in skalierbare industrielle Lösungen zu verwandeln“, so Montorsi. „Die Ergebnisse, die wir hier gemeinsam erzielt haben, stellen die Kraft der Zusammenarbeit unter Beweis und sind ein wichtiger Schritt in Richtung einer nachhaltigen und ressourceneffizienten Zukunft.“
