Dank Abwärme zum Stromproduzenten

Vor der Energieeffizienz kommt das Treppensteigen: Wenn Industrie- oder Handwerksbetriebe bei ihren Betriebsprozessen ungenutzte Wärme (=Abwärme) einsparen wollen, gehen sie üblicherweise durch die sogenannte Abwärmekaskade. „Die erste Stufe ist, zu überlegen, wie Abwärme vermeidbar ist", sagt Dr. Martin Pehnt, Geschäftsführer des Instituts für Energie- und Umweltforschung in Heidelberg (ifeu) und führt weiter aus: „Danach gilt es zu prüfen, ob sich die Abwärme als Wärmeenergie zum Beispiel für Warmwasser, die Heizung oder zur Verstromung nutzen lässt. 

Dabei gab es bei der Abwärmeverstromung in den letzten Jahren erhebliche technische Weiterentwicklungen, die es Unternehmen heute erlauben, mit wenig Aufwand schnell zum eigenen Stromproduzenten zu werden. Zudem hat diese Nutzungsart große Vorteile: Elektrische Energie ist universal einsetzbar, zum Beispiel für die eigenen Betriebsprozesse. Das senkt die Strombezugskosten. Ebenso ist elektrische Energie vergleichsweise einfach zu transportieren, was sie für Unternehmen in abgelegenen Gegenden interessant macht. Hinzu kommt, dass die Verstromung gut mit anderen Nutzungsarten kombinierbar ist. So lässt sich aus der Abwärme zunächst Strom produzieren, und die Restwärme anschließend noch einmal in das Heizsystem einspeisen. Durch die Kombination verschiedener Nutzarten können Unternehmen insgesamt einen Wirkungsgrad von rund 90 Prozent erreichen – 15 Prozent der Abwärme wird verstromt, die Restwärme geht nach der Stromproduktion mit einem Wirkungsgrad von 75 Prozent in das Heizsystem. Der ORC-Fachverband schätzt, dass deutschlandweit bis zu fünf Gigawatt Strom über industrielle Abwärme erzeugt werden könnten. Das entspricht der Leistung von rund fünf Kernkraftwerken.

Zwei Technologien zur Auswahl
Zur Verstromung eignen sich hauptsächlich zwei Technologien: Dampfturbinen und der Organic Rankine Cycle, kurz ORC. Dabei ähneln sich die Arbeitsprozesse beider Varianten stark: Die Wärmeenergie wird über einen Wärmetauscher in ein Trägermedium überführt. Dieses verdampft und kann dadurch stromerzeugende Arbeit verrichten, also zum Beispiel eine Turbine antreiben und über einen Generator Strom erzeugen. Im Trägermedium liegt indes der große Unterschied der Technologien. Während Dampfturbinen Wasser verwenden, kommen in ORC-Anlagen organische Fluide zum Einsatz, die schon bei deutlich geringeren Temperaturen verdampfen.

Um eine Dampfturbine sinnvoll zu betreiben, muss die Abwärmequelle auf mindestens 350 Grad Celsius kommen, wie sie beispielsweise in Kohlekraftwerken herrschen können. Der Wirkungsgrad variiert zwischen 15 und 25 Prozent. Die Quelle kann Elektrizität von mindestens 75 Kilowatt (kWel) und bis zu 250 Megawatt (MWel) bereitstellen. 

ORC-Installationen können dagegen bereits mit geringeren Abwärmetemperaturen Strom herstellen. Moderne Anlagen sind bereits aber bei einem Niveau von 70 Grad Celsius wirtschaftlich einsetzbar. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 3 und 15 Prozent. Dabei gilt: Je höher die Temperaturen, desto höher der Wirkungsgrad. Verstromt werden kann bereits ab mindestens 200 Kilowatt (kWth) und bis hin zu mehreren Megawatt (MWth). ORC-Systeme sind zudem relativ wartungsarm. 

In größeren Industriebetrieben haben sich ORC-Anlagen zur Verstromung bereits etabliert. In diesem Bereich sind oftmals individuelle Lösungen nötig, die Ingenieursdienstleistungen zur Installation nach sich ziehen. Der Grund dafür: Industrieabwärme ist sehr unterschiedlich: Mal kommt sie beispielsweise mit Staub oder Schwefel verunreinigt, mal sehr rein. Auch die Größe der Kanäle, in denen Abwärme geführt wird, sind selten einheitlich. 

Auch für kleinere Betriebe lohnenswert
Mittlerweile gibt es jedoch auch sehr kleine ORC-Anwendungen, die nicht mit großen Ingenieurdienstleistungen verbunden sind. Das ist besonders für Betriebe mit geringeren Abwärmeleistungen interessant. Die moderne Technologie schafft es, bereits aus einigen hundert Kilowatt Abwärme Strom zu produzieren. Damit eröffnet diese Technologie einen bislang unerschlossenen Markt, denn weltweit gesehen entsteht Abwärme zu einem großen Teil aus sehr vielen kleinen Energiequellen: bei Blockheizkraftwerken, auf Schiffen oder auch in LKWs, Gießereien oder in der Glas-Industrie. Wo bislang in der Summe also viel Abwärme verloren ging, weil einfach die Technologie zur Wiedernutzung fehlte, gibt es nun eine sinnvolle, finanzierbare Alternative, um Energie und Kosten zu sparen. Außerdem ist sie eine einfache und wirtschaftliche Effizienzmaßnahme für Industriebetriebe, um die Anforderungen der ISO 50001/50003 zu erfüllen und ein systematisches Energiemanagement auf- und auszubauen.

Rendite mit staatlicher Förderung
Wie andere Abwärmemaßnahmen auch, werden Verstromungsmaßnahmen staatlich gefördert. Die KfW bietet einen zinsgünstigen Kredit von bis zu 25 Millionen Euro. Zusätzlich gibt es vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) einen Tilgungszuschuss von 30 bis 40 Prozent. Mit diesen Förderungen sind Stromentstehungskosten von fünf Cent und weniger sowie eine Amortisationszeit von zwei bis vier Jahren möglich.

Weitere Informationen zur Förderung finden Sie auf der Website der KfW.