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Strom aus Abwärme

In der EU-28 ist die Industrie für fast ein Viertel des gesamten Energieverbrauchs und ein Fünftel der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Ein EU-finanziertes Projekt befasste sich mit Technologien für eine effektivere Nutzung der erzeugten Abwärme.
Strom aus Abwärme
Die sogenannte ORC-Technologie (Organic Rankine Cycle) - mit der überschüssige geringe Wärme zurückgewonnen wird - könnte einen wesentlichen Beitrag zur Erfüllung der 20-20-20-Ziele der EU leisten. Allerdings berücksichtigt die bestehende Technologie keine geringen Temperaturdifferenzen im Vergleich zur Umgebungsluft. Das Projekt LOVE ("Low temperature heat valorisation towards electricity production") wollte Niedrigtemperatur-Abwärmequellen identifizieren (weniger als 120 Grad Celsius) und kostengünstige Technologien für deren Umwandlung in Strom entwickeln.

Die Projektpartner definierten eine Methode für die optimale Integration von thermodynamischen Zyklen basierend auf Pinch-Analyse und Prozessintegration. Dies wurde vor allem auf die Testfälle, die man im Zementsektor ausgemacht hatte, angewendet. Zwei ORC-Prototypen mit 100 kWel wurden in zwei Pilot-Zementanlagen für die Abwärmenutzung und Stromerzeugung integriert. Komponenten wie eine Radialturbine, Rippenrohr-Wärme- und Füllkörperkolonnen-Wärmetauscher wurden entworfen und an die Größenanforderungen der Pilotstudien angepasst. Theoretische Untersuchungen für eine ORC-Anlage mit 1 MWe wurden ebenfalls durchgeführt.

Verschiedene Prototypen von polymeren Gas-Flüssig-Wärmetauschern wurden hergestellt und unter Laborbedingungen getestet. Kapillarrohr-Wärmetauscher konnten einfach mit vielversprechenden Ergebnissen hinsichtlich Wärmeübertragung und der Druckabfall produziert werden. Entwürfe auf Basis eines polymeren Films zeigten eine sehr gute Wärmeübertragungsleistung, ihre Fertigung war aber anspruchsvoll.

Das Potential der Nutzung von Abwärme aus festem Material wurde am Beispiel eines Zementkühlers ebenfalls untersucht. Mittels Modellierung und Simulation von Wärme- und Stoffaustauschphänomenen konnten mögliche Änderungen des Zementkühler-Designs für eine verbesserte Wärmerückgewinnung identifiziert werden.

Auf Basis der Prototypen führten die Projektpartner eine detaillierte technisch-wirtschaftliche Beurteilung für die Niedertemperatur-Abwärmenutzung durch. Die Ergebnisse ergaben Amortisationszeiten, die höher waren als die, die in der Regel von der Industrie für Nicht-Produktionsinvestitionen akzeptiert werden. Sicherheits- und Umweltrisiken von ORC-Anlagen wurden ebenfalls bewertet, einschließlich einer vollständigen Ökobilanz-Analyse in Bezug auf die Kohlendioxid-Bilanz.

Die Ergebnisse wurden mittels Publikationen in Fachzeitschriften, Präsentationen und Konferenzen verbreitet. Außerdem wurde für die Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen in Sägewerken ein Patent eingereicht.

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Schlüsselwörter

Strom, Abwärme, Industrie, Organic Rankine Cycle, Wärmevalorisierung
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