Abwärme nutzen und Energie rückgewinnen

Energie verschwindet nicht – sie verändert nur ihre Form. In technischen Anlagen, industriellen Prozessen und alltäglichen Abläufen wird ständig mehr Energie eingesetzt, als letztlich für das gewünschte Ergebnis gebraucht wird. Ein großer Teil davon fällt ab und wird nicht direkt genutzt. Oft gilt diese sogenannte Abwärme als unvermeidlicher Nebeneffekt. Doch genau hier lohnt es sich, genauer hinzuschauen.

Was ist Abwärme und wie entsteht sie?

Abwärme ist thermische Energie, die bei industriellen oder gewerblichen Prozessen ungenutzt verloren geht. Sie entsteht beispielsweise bei der Stromerzeugung, in Produktionsanlagen, bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe oder auch in Rechenzentren. Diese Wärme wird häufig einfach an die Umgebung abgegeben – durch Abluft oder Kühlwasser – obwohl sie eigentlich wertvoll ist.

Gerade in energieintensiven Branchen wie der Stahl-, Chemie- oder Lebensmittelindustrie entstehen große Mengen Abwärme. Mit der richtigen Technologie kann sie zur Wärmeerzeugung oder sogar zur Stromproduktion verwendet werden.

Rechtlicher Rahmen

Die Nutzung industrieller Abwärme wird in Deutschland durch gesetzliche Vorgaben gefördert und teils auch eingefordert. Besonders relevant ist das Gesetz über die Wärmeplanung und zur Dekarbonisierung der Wärmenetze (WPG) sowie das Energieeffizienzgesetz (EnEfG). Letzteres verpflichtet größere Unternehmen seit 2023 dazu, Energieeinsparpotenziale zu identifizieren und Abwärme nutzbar zu machen.

Ziel ist es, den Wärmebedarf in Deutschland klimafreundlicher zu gestalten – schließlich machen Heiz- und Prozesswärme rund die Hälfte des gesamten Endenergieverbrauchs aus. In Bundesländern wie Niedersachsen ist die Pflicht zur Abwärmenutzung sogar Bestandteil von Förderprogrammen für Unternehmen.

Wie kann Abwärme zur Energierückgewinnung genutzt werden?

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Abwärme in nutzbare Energie umzuwandeln, je nach Temperatur und Art der Abwärme. Hier sind die wichtigsten Strategien:

• Direkte Nutzung der Abwärme für Prozesse: Eine der einfachsten Methoden, Abwärme zu nutzen, ist die direkte Verwendung in anderen Produktionsprozessen. Wenn die Abwärme eine geeignete Temperatur hat, kann sie direkt in benachbarte Produktionsschritte eingespeist werden, zum Beispiel zum Erhitzen von Wasser oder zur Unterstützung von Trocknungsprozessen. Dadurch reduziert sich der Bedarf an zusätzlicher Energie, da keine externe Wärmequelle erforderlich ist.
• Einspeisung in Fernwärmesysteme: Abwärme aus Industrieanlagen kann auch in städtische Fernwärmesysteme eingespeist werden. Diese Systeme transportieren Wärme über isolierte Rohre zu Haushalten und Unternehmen. In vielen Städten wird bereits Abwärme von Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen oder großen Industriebetrieben in Fernwärmeleitungen eingespeist, um die umliegenden Gebäude zu heizen. Diese Art der Abwärmenutzung trägt nicht nur zur Verringerung der Energiekosten bei, sondern auch zur Reduzierung der CO₂-Emissionen, da weniger fossile Brennstoffe benötigt werden.
• Umwandlung in Strom mit ORC-Technologie: Abwärme kann auch zur Stromerzeugung genutzt werden – insbesondere bei höheren Temperaturen. Eine besonders effiziente Methode ist die Verwendung von ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle). Diese eignen sich besonders für mittlere Temperaturspektren, zum Beispiel aus Abgasen oder industriellen Prozessen, die bei 90–300°C liegen. Durch die Umwandlung von Abwärme in Strom wird die Energie sowohl im eigenen Betrieb genutzt als auch ggf. ins öffentliche Netz eingespeist.
• Wärmespeicherung und Lastmanagement: Abwärme kann auch in Wärmespeichern zwischengespeichert werden, um sie bei Bedarf wieder freizusetzen. Dies ist besonders sinnvoll in Prozessen, die kontinuierlich Wärme erzeugen, aber nicht immer gleichzeitig benötigen. Mit Wärmespeichern kann man Energie über einen längeren Zeitraum hinweg aufbewahren und flexibel abrufen, wenn die Nachfrage steigt oder externe Energiequellen nicht verfügbar sind. So können Unternehmen ihre eigene Energieversorgung verbessern und gleichzeitig Lastspitzen im Stromnetz reduzieren.

Was ist eine ORC-Anlage?

Eine ORC-Anlage (Organic Rankine Cycle) ist eine Technologie, die es ermöglicht, Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln. Sie funktioniert ähnlich wie eine Dampfturbine, verwendet jedoch ein organisches Arbeitsmedium anstelle von Wasser. Das Besondere dabei ist, dass dieses organische Medium einen niedrigeren Siedepunkt hat, was bedeutet, dass auch Abwärme bei niedrigen Temperaturen – oft unter 100 °C – genutzt werden kann.

Der Ablauf in einer ORC-Anlage ist wie folgt:

• Abwärmeaufnahme: Die Abwärme, die aus industriellen Prozessen wie Müllverbrennung, Biogasproduktion oder chemischen Prozessen stammt, wird genutzt, um das organische Arbeitsmedium zu verdampfen.
• Turbinenantrieb: Der entstandene Dampf wird in eine Turbine geleitet, die ihn in mechanische Energie umwandelt.
• Stromerzeugung: Diese mechanische Energie wird dann in einem Generator in elektrischen Strom umgewandelt.
• Kondensation: Nachdem der Dampf seine Energie abgegeben hat, wird er in einem Kondensator wieder abgekühlt und kondensiert. Das flüssige Arbeitsmedium wird daraufhin wieder in den Kreislauf zurückgeführt.

Die ORC-Technologie ist besonders effektiv für Anwendungen, bei denen kontinuierlich Abwärme erzeugt wird, wie in der Industrie oder in der Energieerzeugung.

Die Vorteile der Abwärmenutzung

Die energetische Nutzung von Abwärme bringt zahlreiche Vorteile mit sich – ökologisch wie ökonomisch:

• Energieeffizienz steigern: Abwärmenutzung senkt den Gesamtenergiebedarf eines Betriebs.
• Kosten senken: Weniger Energiezukauf bedeutet langfristig geringere Betriebskosten.
• CO₂-Emissionen reduzieren: Jede eingesparte Kilowattstunde fossiler Energie hilft beim Klimaschutz.
• Unabhängigkeit stärken: Eigene Energiequellen machen Unternehmen resilienter gegenüber Energiepreisschwankungen.
• Fördermittel sichern: Bund und Länder bieten attraktive Förderprogramme für die Abwärmenutzung und ORC-Anlagen.

Kann Abwärme auch zuhause genutzt werden?

Die Nutzung von Abwärme zu Hause ist grundsätzlich möglich, aber aufgrund der geringeren Wärmemengen und der niedrigeren Temperaturen in privaten Haushalten weniger effizient als in industriellen Anwendungen. In kleinen Maßstäben könnte eine ORC-Anlage theoretisch genutzt werden, um überschüssige Wärme aus Heizsystemen oder Haushaltsgeräten wie einem Ofen oder einem Kühlschrank in Strom umzuwandeln. Allerdings sind die benötigten Temperaturen und die Komplexität der Technologie in einem typischen Haushalt schwer zu erreichen und rentabel umzusetzen. Daher sind ORC-Anlagen vor allem für industrielle Anwendungen oder größere gewerbliche Anlagen geeignet, wo größere Mengen an Abwärme kontinuierlich anfallen.

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