Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Gewinnung von Prozesswärme aus Abwärme

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe für den industriellen Einsatz, um aus Abwärme (30 - 100°C) Prozesswärme (60 - 200°C) zu gewinnen. Basis für die Entwicklung stellt die Umkehrung des Organic Rankine Cycles (ORC) dar. Weiterhin werden im Rahmen des Projektes Untersuchungen zur Papiererzeugung bei hohen Prozesstemperaturen durchgeführt.

Primäres Potenzial liegt darin, den Einsatz fossiler Energieträger und damit den Kostenanteil für Energie zu senken. Durch Integration von Hochtemperatur-Wärmepumpen im industriellen Bereich kann bisher ungenutzte Prozessabwärme in den Prozess wieder zurückgeführt werden. Grundsätzlich gilt, dass der Einsatz von Wärmepumpen nur dann sinnvoll ist, wenn die Abwärme nicht durch einfachen Wärmetausch anderweitig im Prozess genutzt werden kann. Unter der Voraussetzung, dass bei einer Menge von 11 m³/tPapier das Abwasser eine Abkühlung um 5 K erfährt und die Wärmepumpe einen COP (Coefficient of Performance) von 3 aufweist, ließen sich damit 90 kWh/tPapier auf einem Temperaturniveau von etwa 125°C über die Hochtemperatur-Wärmepumpe erzeugen. Bei einem durchschnittlichen Energiebedarf einer deutschen Papierfabrik von 3.124 kWh/t entspricht das einer Einsparung von 3 %. Hinzu kommt das Potenzial aus der Abwärmenutzung der Abluft.

Transfer:

Neben der anwendungsorientierten Forschung umfasst das Tätigkeitsfeld der Papiertechnischen Stiftung auch die Weiterbildung und Beratung von Mitarbeitern kleiner und mittlerer Unternehmen, insbesondere der Zellstoff und Papier erzeugenden und der Papier verarbeitenden Industrie. Die im Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse werden auf der Internet-Website der PTS abrufbar sein und der Kenntnistransfer durch Berichte und Veröffentlichungen in die Praxis gefördert

Ergebniszusammenfassung:

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass Wärmepumpen insbesondere Hochtemperaturwärmepumpen zahlreiche Einsatzmöglichkeiten in der Papierindustrie und bei Biogasanlagen haben können. Dabei sind lokale und monetäre Rahmenbedingungen zu berücksichtigen, damit auch eine Wirtschaftlichkeit gegeben ist.

Durch den Einsatz einer Hochtemperaturwärmepumpe (HTWP) kann der Betrieb von Biogasanlagen zukünftig wärmeenergieautark erfolgen. Damit kann das Biogas dort verstromt werden, wo die Wärmeenergie effizient genutzt werden kann (Industrieanlagen, etc.). Biogasanlagen können in Verbindung mit einer HTWP auch zur Speicherung von Wärmeenergie genutzt werden, die bedarfsweise in ein Nahwärmenetz eingespeist werden kann. Durch den Einsatz von HTWP können zukünftig Bioraffineriekonzepte realisiert werden, die energieautark eine stofflich-energetische Nutzung von Restbiomassen ermöglichen. Hochtemperaturwärmepumpen können auch zur Prozessstabilisierung der Wärmebehandlung von flüssigen Medien (z. B. Thermodruckhydrolyse von Klärschlamm) eingesetzt werden, sofern die benötigte Wärmeleistung über 50 kW liegt. Die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern kann reduziert werden.

In der Papierindustrie können Wärmepumpen bei der Erzeugung von Niederdruckdampf, bei der Hochtemperaturstoffauflösung, bei der Vorwärmung der Haubenzuluft und bei der Wärmerückgewinnung im Wasserkreislauf eingesetzt werden.

Die Ergebnisse zeigen, dass sich in einigen Fällen wirtschaftlich interessante Einsatzmöglichkeiten ergeben, aber auch weitere Entwicklungen im Bereich Wärmepumpentechnologie notwendig sind. Da bei der Realisierung von Wärmeintegrationsmaßnahmen insbesondere die lokale Nähe von Wärmelieferant und -verbraucher eine entscheidende Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit spielt, können von den Forschungsergebnis insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen von den Projektergebnissen profitieren.