Interview mit Prof. Alexander Sauer

Prof. Alexander Sauer von der Uni Stuttgart leitet zusammen mit Prof. Abele von der TU Darmstadt das Direktorium des Kopernikus-Projektes SynErgie.  Ein Interview über Engpässe in der Produktion, die Frage wie sich Einzellösungen auf gesamte Branchen übertragen lassen und über das große Potenzial der Flexibilisierung für den Erfolg der Energiewende.

Die Energieeffizienz ist eines der drei zentralen Ziele der Energiewende – neben dem Ausbau der erneuerbaren Energien und dem Klimaschutz. Welche Rolle spielt die Energieeffizienz bei SynErgie?

Im Mittelpunkt steht bei SynErgie die Flexibilisierung der Industrieprozesse – damit sich die Maschinen in den Fabriken besser an das schwankende Angebot von erneuerbarem Strom anpassen können. Die Energieeffizienz ist dabei nur ein Aspekt von vielen – doch das Projekt trägt natürlich dazu bei, das gesamte System effizienter zu gestalten.

Was ist Ihre Aufgabe bei SynErgie?

Das Institut für Energieeffizienz in der Produktion der Universität Stuttgart (EEP) teilt sich die Gesamtkoordination des Projekts mit dem Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen der TU Darmstadt. Konkret sind wir als EEP verantwortlich für zwei Teilprojekte in der Automobilindustrie sowie die Koordination des Clusters Potenzialanalyse. Technologisch forschen wir z. B. in der Gießerei eines Zulieferers, der viel Energie verbraucht und deshalb auch hohe Energiekosten hat – ohne von der EEG-Umlage befreit zu sein.

Warum haben Sie für Ihre Untersuchung eine Gießerei ausgesucht?

Hier können wir konkret in eine Technologieentwicklung einsteigen. Während des Gießprozesses wird Metall zunächst verflüssigt und anschließend mit hohem Druck in eine Form gepresst. Zur Einschmelzung des Metalls in der Gießzelle kann Strom, Gas oder Öl verwendet werden. Mittlerweile arbeiten viele dieser Gießzellen strombasiert. Das hat den Vorteil, dass man Strom präziser regeln kann als Gas. Aufgrund der hohen Temperaturen ist auch der Stromverbrauch dieser Prozesse sehr hoch.

Wie könnte die Flexibilisierung aussehen?

Um beispielsweise Magnesium einschmelzen zu können, müssen Temperaturen von über 650 Grad erreicht werden. Hier ist die Frage, wie wir die Stromlastaufnahme für das Einschmelzen flexibilisieren können. Den Engpass im Gießprozess bildet aber das Abkühlen des Metalls, daran kann man wenig ändern. Was man aber z. B. ändern könnte, wäre die Größe der Heizwanne, in der das Metall eingeschmolzen wird – dieser Prozessschritt ist sehr energieintensiv und würde bei geringen Strompreisen bspw. mehr flüssiges Metall zur Verfügung stellen. Das hat kaum Auswirkungen auf die sonstige Logistik und Wertschöpfungskette.

Gibt es noch weitere Möglichkeiten der Flexibilisierung?

Die zweite Option wäre ein Energieträgerwechsel: Dabei wollen wir eine Gießzelle mit Strom und mit Gas betreiben, so dass die Maschine umschalten kann auf den Energieträger, der gerade am besten und günstigsten verfügbar ist. Ganz entscheidend ist, dass am Ende die Qualität der Bauteile gleich bleibt. Eine Technologie, mit der man steuern kann, wann Strom oder Gas benutzt wird, würde der Flexibilität der Industrie ganz entscheidend weiterhelfen. Die nächste Frage ist dann, woher und wie der Impuls kommt, ob mit Strom oder Gas gearbeitet wird. Das muss automatisiert ablaufen.

Arbeiten Sie auch an der automatischen Steuerung?

Daran arbeiten wir in Cluster III, den das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) leitet. Eine zentrale Frage lautet hier: Wie kommt das Strompreissignal zur Maschine, ohne dass ein Mitarbeiter die ganze Zeit an der Maschine stehen muss, die Strompreise überwacht und Entscheidungen trifft? Darüber hinaus müssen wir auch die gesamte Produktionsinfrastruktur in unsere Forschung mit einbeziehen. Das gilt für die Druckluftanlage genauso wie für die Beleuchtung – alles, was sich flexibilisieren lässt, werden wir prüfen.

Warum ist die Automobilindustrie ein guter Forschungsbereich?

Es gibt sehr viele Fertigungsschritte, die immer genau aufeinander abgetaktet sind. Deswegen ist die Herausforderung nicht, tief in den Prozess der Produktionstechnologie einzusteigen, sondern die Systeme zu betrachten, die nicht direkt von diesem Prozess abhängen: Kühlsysteme, Heizsysteme, Pumpen, alle Unterstützungsprozesse, die insgesamt etwa die Hälfte des Energieverbrauchs ausmachen. Noch wird Gas als Alternative zu erneuerbarem Strom genutzt, wenn der zu teuer ist. Langfristig wollen wir aber versuchen, von fossilem Gas wegzukommen. Aus erneuerbarem Strom erzeugtes Gas, z.B. aus einem Power-to-X-Prozess, könnte helfen, das fossile Gas zu ersetzen.

Sie machen zunächst eine Potenzialanalyse, um herauszufinden, wie viele Schritte in den Industrieprozessen überhaupt flexibilisiert werden könnten. Wie gehen Sie dabei vor?

Wir betrachten dafür die einzelnen Schlüsselproduktionsprozesse bis zum Netzanschluss. Es gibt in Produktionssystemen prinzipiell immer einen Engpass und genau den muss man kennen, wenn es um die Flexibilisierung der einzelnen Bestandteile des Systems geht. Wenn man diesen Engpass nicht berücksichtigt, kann man das Potenzial für die Flexibilisierung nicht realisieren – es wäre aufgrund der Systemstruktur nicht erschließbar. Wir müssen also zum einen die Engpässe identifizieren und zum anderen herausfinden, wie wir Lösungen aus einzelnen Unternehmen auf die gesamte Branche übertragen können. Dabei spielen z.B. das Alter des Anlagenparks und die Auslastung der Maschinen eine wichtige Rolle.

Welche Herausforderungen sehen Sie für die Flexibilisierung der Industrieprozesse?

Produktionsschichten spontan umzulegen, nur weil gerade der Strom günstig zur Verfügung steht, etwa an den Wochenenden, wird in Deutschland nicht so einfach umsetzbar sein. Ein paar Prozessschritte bieten sich jedoch dafür an, flexibilisiert zu werden: In den Zementmühlen, die das Gestein zerkleinern und in der Papier-, sowie der Aluminiumindustrie besteht ein riesiger Energiebedarf. Nehmen wir einmal an, eine Zementmühle, die das Gestein zerkleinert, um den Zement überhaupt herstellen zu können, stellt den Produktionsengpass dar. Stellt man diese Mühle aus, bedeutet das einen 1:1 Produktionsausfall in der gesamten Zementproduktion. Sofern dies zu Umsatzausfällen führt, ist ein Abregeln der Anlage bei Engpässen keine wirtschaftliche Alternative.

Wie viel kann eine Flexibilisierung der Industrieprozesse zum Erfolg der Energiewende beitragen?

Das Potenzial ist groß. Die Industrie wird viele ihrer Prozesse von fossilen Energieträgern umstellen müssen und elektrifizieren. Aber wenn wir nicht auch einen signifikanten Sprung in der Energieeffizienz machen, wird die Energiewende kein Erfolg werden. Denn wenn der Stromverbrauch in der Industrie immer weiter steigt, können wir gar nicht so viel Strom aus Sonne und Wind erzeugen, wie nötig wäre. Noch ist die Energieeffizienz neben dem Ausbau der Erneuerbaren weder eine gleichwertige zweite Säule der Energiewende noch besitzt sie erste Priorität.

SynErgie-Interview mit Prof. Abele