So spart die Industrie mit Großwärmepumpen Energie, Emissionen und Kosten

Großwärmepumpen haben eine Leistung zwischen 100 und 50.000 Kilowatt, die Wärme kann fürs Heizen aber auch als sogenannte Prozess-Wärme in der Industrie genutzt werden.

Durch Abwärme oder Umweltwärme aus Luft, Wasser oder Erdreich werden dabei mit einer Kilowattstunde (kWh) Antriebsstrom zwei bis zehn Kilowattstunden Wärme erzeugt. Gewöhnliche Wärmepumpen schaffen Temperaturen bis zu 95 Grad Celsius, spezielle Hochtemperatur-Wärmepumpen für Fabriken erreichen derzeit 165 Grad, Pilotanlagen sogar bis 300 Grad.

Solche Temperaturen brauchen viele Industriesektoren in der Produktion. Künftig könnten etwa 30 Prozent der Prozesswärme bis 400 Grad Celsius durch Wärmepumpen erzeugt werden, davon geht die Internationale Energieagentur (IEA) in einer Studie zu Netto-Null-Emissionen aus.

Blick in den Schokoladenkessel in einer Schokoladenfabrik. Ein Mann prüft die Konsistenz der Schokolade.

Lecker: Das Conchieren von Schokolade braucht stundenlang konstante Wärme. Wärmepumpen können dafür Abwärme nutzen.

Mehr Aroma für Schokolade: Heizen und Kühlen mit einer Maschine

Um aus Kakaobohnen Schokolade zu erzeugen, werden verschiedene Hitze- und Kühlprozesse eingesetzt. Das leckere Aroma bekommt die Schokolade durch das sogenannte Conchieren – die Schokoladenmasse wird dabei über mehrere Stunden bei 60 Grad durchgerührt. Die Wärme dafür wird bei vielen Betrieben noch durch Erdgas erzeugt, doch es geht auch günstiger.

Das Schweizer Unternehmen Maestrani stellte seine Heiz- und Kühltechnik um und nutzt jetzt die Abwärme der eigenen Kühlmaschinen für eine Wärmepumpe, die die Conchier-Temperatur bereitstellt.

Früher ging die Abwärme aus der Kühltechnik einfach verloren. Da Wärmepumpen und Kühlschränke das selbe Prinzip nutzen, sind die Prozesse sehr gut zu kombinieren. Die modernen Maschinen bei Maestrani erzeugen nun beides, Kälte und Wärme, und sind besonders effizient.

Damit sank der Energieverbrauch in der gesamten Fabrik um 20 Prozent, 170 Tonnen CO2-Emmissionen werden pro Jahr gespart.

Schokoriegel aus weißer und brauner Schokolade liegen auf einem Blech, weisse Couvertüre wird darüber gegossen Schokoladenfabrik von Maestrani (Schweiz)

Vor dem Auskühlen werden Schokoriegel in Schichten gegossen. Nachhaltige Schokoladenproduktion spart Energie.

Abwärme aus dem Rechenzentrum für die Käseproduktion

Die Berg-Käserei in Gais (Schweiz) nutzt die Abwärme von einem benachbarten Rechenzentrum. Die Server laufen dort rund um die Uhr und müssen gekühlt werden. Mit der Abwärme wird Wasser auf 20 Grad aufgeheizt und dann durch Rohre zur Käsefabrik gepumpt. Dort ist eine Wärmepumpe angeschlossen, die das Wasser bis 85 Grad erhitzt. Damit werden täglich bis zu 50.000 Liter Milch für die Käseherstellung pasteurisiert.

Die Wärmepumpe deckt den kompletten Wärmebedarf der Käserei. Der Betrieb spart damit nach eigenen Berechnungen fast zwei Millionen Kilowattstunden Erdgas pro Jahr. Nur im Notfall und bei Reparaturen springt nochmal die Gasheizung an, damit die Produktion nicht unterbrochen wird.

Viele runde Käse liegen übereinander in vielen Regalen in einem Käsekeller der Bergkäserei in Gais (Schweiz). Ein Mann im weissen Kittel steht vor einem Aufzug in dem Käselager.

Von wegen virtuell: Die Milch für diesen Käse wird durch die Abwärme eines benachbarten Rechenzentrums erhitzt und pasteurisiert.

Ziegel trocknen mit Hochtemperatur-Wärmepumpe

Die Herstellung von Ziegeln ist sehr energieintensiv. Lehm, Ton und Sand werden zuerst mit Wasser vermischt, in Form gebracht und getrocknet. Dann werden die Ziegel bei bis zu 1000 Grad Celsius im Ofen gebrannt.

Die Ziegelfabrik in Uttendorf (Österreich) nutzt für das Trocknen der Ziegel vor dem Brennen seit 2019 eine Hochtemperatur-Wärmepumpe. Diese nutzt die warme Abluft des Brennofens und erzeugt so 160 Grad im Trockenraum. Der Einsatz der Wärmepumpe spart rund 30 Prozent Erdgas, außerdem fallen jährlich 2000 bis 3000 Tonnen CO2-Emissionen weniger an.

Hochtemperatur-Wärmepumpe in der Ziegelfabrik von Uttendorf (Österreich) in der Fabrikhalle

Abwärme nutzen um Energie zu sparen: Die Hochtemperatur-Wärmepumpe dieser Ziegelfabrik trocknet die Ziegel vor dem Brennen und nutzt dabei die Abluft aus dem Brennofen.

Betrieben wird die Fabrik von der Wienerberger AG, dem größten Ziegelproduzenten der Welt mit über 200 Fabriken in 28 Ländern. Auch in Polen, Großbritannien und den Niederlanden plant die Firma den Einbau von Hochtemperatur-Wärmepumpen. In Uttendorf soll nun außerdem ein Elektro- Brennofen den Gasofen ersetzen.

Ein Drittel der Produktion bald mit Wärmepumpen?

In der Lebens- und Futtermittelfabrik Pischelsdorf (Österreich) nutzt der internationale Lebensmittelkonzern AGRANA eine Hochtemperatur-Wärmepumpe, um damit bei bis zu 160 Grad Wasser aus Weizenstärke zu ziehen. Das getrocknete Pulver wird in der Lebensmittelindustrie als Binde- und Verdickungsmittel von Soßen, Suppen und Pudding gebraucht. 

Laut dem österreichischen Forschungsinstituts AIT liefert die Wärmepumpe rund 10 Prozent der Heizleistung der Trocknungsanlage. So werden bis zu 3,2 Millionen kWh Erdgas und etwa 600 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr eingespart.

Luftaufnahme von der Lebens- und Futtermittelfabrik Pischelsdorf (Österreich)

Trocknen, Entwässern, Erhitzen: weltweit wollen immer mehr Fabriken effiziente Wärmepumpen in der Produktion einsetzen.

Solche Hochtemperaturpumpen könnten nach Einschätzung von Veronika Wilk, Expertin für industrielle Wärmepumpen am AIT, vielerorts gut in bestehende Anlagen integriert werden. Mehr als ein Drittel der Produktionsprozesse weltweit könnte künftig davon profitieren, etwa in der Papier-, Lebensmittel- und chemischen Industrie. „Die Rückgewinnung der ungenutzten Abwärme verringert den Bedarf an fossilen Brennstoffen beträchtlich und führt so zur Dekarbonisierung der Prozesse,“ so Wilk.

Chemiekonzern BASF plant weltgrößte Wärmepumpe

Bislang werden Wärmepumpen in der Industrie noch selten genutzt, um Prozesswärme für die Produktion zu erzeugen. Solange Gas günstig war, fehlte vielen der Anreiz zum Einbau der modernen Technik.

Durch den Ukrainekrieg und den stark gestiegenen Erdgas-Preis haben sich die Bedingungen verändert, das zwingt Manager zum Umdenken. Hersteller von Großwärmepumpen bekommen immer mehr Anfragen aus der Industrie.

Nachtaufnahme von der BASF Fabrik in Ludwigshafen mit dem Rhein mit Lichtern und Rauchwolken über dem Wasser

Derzeit geht noch viel Abwärme in der Chemieindustrie verloren. BASF plant jetzt eine der größten Industrie-Wärmepumpen weltweit, um Erdgas zu sparen.

Der Chemiekonzern BASF prüft jetzt für sein Stammwerk in Ludwigshafen den Einbau einer der weltgrößten Wärmepumpen mit einer Leistung von 120.000 Kilowatt.

Die geplante Großwärmepumpe soll Abwärme aus dem fabrikeigenen Kühlwassersystem nutzen. Sie könnte bis zu 150 Tonnen Dampf pro Stunde produzieren, den Erdgasverbrauch stark senken und bis zu 390.000 Tonnen CO2-Emissionen jährlich einsparen.