Verborgene Energie nutzen: Wie industrielle Dampfwärmepumpen Prozesswärme dekarbonisieren

Auf dem Weg zur industriellen Dekarbonisierung zählt Prozessdampf weiterhin zu den am schwierigsten zu dekarbonisierenden Energieanforderungen. Traditionelle Produktionsbetriebe sind stark auf fossile Brennstoffe angewiesen, um Hochtemperaturdampf zu erzeugen, während gleichzeitig große Mengen thermischer Abwärme an die Umwelt abgegeben werden.

Dampferzeugende Wärmepumpen schließen diese Lücke. Indem sie Niedertemperatur-Abwärme aufnehmen und auf ein höheres Temperaturniveau bringen, sodass hochwertiger Prozessdampf erzeugt werden kann, bieten sie einen effizienten und nachhaltigen Weg zur Elektrifizierung thermischer Systeme und zur Reduzierung von CO₂-Emissionen.

Von Abwärme zu nutzbarem Dampf: den Energiekreislauf schließen

In vielen Industrieanlagen, von der Lebensmittelverarbeitung und Pharmaindustrie bis zur chemischen Produktion, werden heißes Prozesswasser, Kondensat und Waschwasser regelmäßig über Abwassersysteme entsorgt oder über Kühltürme abgekühlt. Dabei geht wertvolle thermische Energie verloren.

Dampfwärmepumpen machen aus diesem Abwärmestrom eine nutzbare betriebliche Ressource. Sie entziehen warmem Abwasser oder anderen Kühlmedien direkt thermische Energie und erhöhen deren Temperaturniveau so weit, dass daraus nutzbarer gesättigter Prozessdampf erzeugt werden kann.

Anstatt zusätzlich Brennstoff einzusetzen, um kaltes Speisewasser von Grund auf zu erhitzen, können Industrieanlagen bereits vorhandene Energie wieder in ihre primären Dampfkreisläufe zurückführen.

Der wirtschaftliche Nutzen von Dampfwärmepumpen basiert vor allem auf ihrer Betriebseffizienz, die über den Coefficient of Performance, kurz COP, gemessen wird.

Konventionelle Elektrokessel erreichen einen maximalen thermischen Wirkungsgrad von etwa 95 bis 99 %, was einem COP von unter 1,0 entspricht. Dampfwärmepumpen erzeugen Wärme nicht ausschließlich aus elektrischer Energie. Der Strom wird hauptsächlich zum Betrieb des Kompressors genutzt, der die Temperatur der zurückgewonnenen Abwärme anhebt.

Abhängig von der Temperatur der verfügbaren Abwärmequelle können industrielle Dampfwärmepumpen einen COP von mehr als 3 erreichen. Das bedeutet, dass für jede vom Kompressor verbrauchte 1 kWh Strom mehr als 3 kWh nutzbare thermische Energie in Form von Dampf bereitgestellt werden.

Diese deutliche Vervielfachung des Energieeinsatzes reduziert sowohl die Betriebskosten als auch die Belastung des Stromnetzes erheblich.

Nachhaltig und zukunftssicher: mit natürlichen Kältemitteln

Energieeffizienz darf nicht auf Kosten der chemischen Sicherheit oder der Umweltkonformität gehen. Viele konventionelle Heiz- und Kühlsysteme verwendeten in der Vergangenheit synthetische Fluorkohlenwasserstoffe als Kältemittel. Diese sind aufgrund ihres Global Warming Potential und sich verändernder Umweltvorschriften, etwa im Zusammenhang mit PFAS-Beschränkungen, zunehmend regulatorischen Risiken ausgesetzt.

Dampfwärmepumpen der nächsten Generation nutzen zu 100 % natürliche Kältemittel.

• Kein Ozonabbaupotenzial: natürliche Arbeitsmedien schädigen die Ozonschicht nicht.
• Extrem niedriges Treibhauspotenzial: im Vergleich zu synthetischen Alternativen ist ihr Einfluss auf die globale Erwärmung nahezu vernachlässigbar.
• Zukunftssicherheit gegenüber Regulierung: natürliche Kältemittel sind von künftigen F-Gas-Ausstiegsregelungen und bestimmten chemischen Verboten nicht betroffen und helfen so, Investitionen langfristig abzusichern.

Während Produktionsbetriebe auf ihre Net-Zero-Ziele hinarbeiten, schafft die Kombination von Wärmerückgewinnungssystemen mit schnell reagierenden Dampferzeugern eine flexible Energieinfrastruktur.

Durch die Verbindung zurückgewonnener thermischer Energie mit sauberem Strom können Industrieanlagen eine zuverlässige Dampfversorgung aufrechterhalten und gleichzeitig ihren gesamten Energiebedarf und Brennstoffverbrauch deutlich reduzieren.

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