Kopernikus-Projekt SynErgie

Quelle: ozgursengelli/iStock/thinkstock

Welche Technologien sind wichtig, um Industrieprozesse an eine neue Energieversorgung anzupassen?

Die Herausforderung eines hohen Anteils an Wind- und Solarstrom besteht darin, Erzeugung und Verbrauch zeitlich in Einklang zu bringen. Hierzu können zum einen Speicher dienen, zum anderen eine Flexibilisierung des Verbrauchs (sogenanntes Demand Side Management – DSM). Energieintensive Industrieprozesse, die an das zukünftige Energiesystem mit einem höheren Anteil fluktuierender Stromerzeugung optimal angepasst sind, müssen daher nach anderen Grundsätzen konzipiert werden als bisher üblich. Dafür sind an das Energiesystem der Zukunft angepasste Technologien für die industriellen Schlüsselprozesse wichtig. Diese müssen zunächst in Demonstrationsanlagen erprobt werden.

"Wie kann eine Volkswirtschaft, die sehr stark auf energieintensive Branchen ausgerichtet ist, die Umstellung auf Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen schaffen und gleichzeitig wettbewerbsfähig bleiben? Die Energieversorgungskosten der Industrie könnten damit schon in den nächsten Jahren stark verringert werden – und gleichzeitig sinkt der CO2-Ausstoß. Daran forscht das Kopernikus-Projekt SynErgie", sagte Bundesforschungsministerin Johanna Wanka am 13. Oktober 2016 in Jülich.

Welche möglichen Lösungen gibt es?

Beispielsweise beträgt die elektrische Leistung der Chloralkali-Elektrolyse in Deutschland ca. 2 Gigawatt. Diesen Prozess könnte man vom Stromangebot abhängig machen, um den Verbrauch der Industrie an das Wind- und Solarstromangebot anzupassen. So würde die Industrie einen substantiellen Beitrag zur Flexibilisierung des Energiesystems leisten. Mögliche Technologien dafür sind eine flexible, intelligente Steuerung von so genannten Stapel-Prozessen (z. B. Befüllen und Entladen von Kesseln und Behältern), eine absichtliche Überdimensionierung der Anlagen, um vorübergehende Überschüsse im Stromangebot aufnehmen zu können und die Einführung von Pufferkapazitäten wie Produktspeicher. Hiermit kann der Energieverbrauch in Zeiten eines hohen Stromangebotes verlagert werden, das entlastet die Stromnetze. So kann erneuerbare Energie, die sonst verloren ginge, sinnvoll genutzt werden.

Ein weiterer Ansatz ist, fossile Brennstoffe, die zur Erzeugung von Prozesswärme eingesetzt werden, durch erneuerbare Energieträger zu ersetzen. Insbesondere können hier Power-to-Heat Technologien eingesetzt werden. Dies bietet auch die Chance, den bisher niedrigen Anteil an erneuerbaren Energien im Wärmesektor zu erhöhen. Strom aus Windkraft- und Solaranlagen kann auch direkt in den Industrieprozessen eingesetzt werden, entweder durch Wärmespeicher oder durch Änderung der chemischen Prozesse.

Neben der energieintensiven Prozessindustrie bietet auch die Fertigungsindustrie Potenziale zur Verbesserung des Zusammenspiels mit der schwankenden Stromerzeugung. Neue Produktionskonzepte zur energieeffizienten Fertigung mit zeitlich optimierter Stromabnahme müssen die gesamten Wertschöpfungsketten berücksichtigen.

Ausgewählte zentrale Forschungsfragen:

  • Entwicklung neuer und Anpassung bestehender Verfahren mit dem Ziel elektrischen Strom mit hoher Effizienz aus erneuerbaren Quellen statt fossilen Brennstoffen einzusetzen; Demonstrationsanlagen; Vergleich mit herkömmlichen Verfahren anhand von Kosten und CO2-Fußabdruck
  • Informations- und Kommunikationstechnologien zur intelligenten Steuerung von Prozessen in Abhängigkeit vom Stromangebot (Industrie 4.0)