Der Endenergieverbrauch der deutschen Industrie betrug im Jahr 2019 etwa 704.444 GWh, woran die Erzeugung von Prozesswärme einen Anteil von über zwei Dritteln hat. Als Energieträger kamen zu 45 Prozent fossile Gase und zu weiteren 23,2 Prozent Kohlen zum Einsatz. Lediglich 5,3 Prozent der Prozesswärme stammten 2019 aus erneuerbaren Quellen.¹ Der Industriezweig der Grundstoffchemie ist hierbei nach der Metallerzeugung der zweitgrößte Energieverbraucher und für beinahe ein Viertel des Endenergieverbrauchs im Bereich Prozesswärme verantwortlich.²

Optimierungspotenziale und mögliche Effizienzmaßnahmen

Der Bezug oder die Eigenproduktion von CO₂-neutraler Energie wird für die Industrie nicht zuletzt durch den steigenden europäischen CO₂-Preis sowie die Einführung des nationalen Emissionshandels Anfang 2021 immer relevanter. Auch in der chemischen Industrie kommt die Prozesswärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien durch den hohen Energieverbrauch und den überwältigenden Anteil fossiler Energieträger mittlerweile für viele Anwendungszwecke in Betracht. Typische wärmeverbrauchende Prozesse in der chemischen Industrie sind vor allem Kochen (85°C bis 105 °C) und Destillieren (110°C bis 300 °C), sowie die Warmhaltung von Behältern oder Rohrleitungen. Mit Vorlauftemperaturen von bis zu 100 °C können solarthermische Anlagen bei der Prozesswärmebereitstellung zur Vorwärmung von Warmwasser, Heißwasser oder Wasserdampf genutzt werden und besonders im Sommer einen signifikanten Anteil an der Deckung des Energiebedarfs leisten und somit auch die CO₂-Emissionen der Prozesswärmeerzeugung senken.

Projektidee

In einem Chemiebetrieb werden jährlich 1.730 MWh Prozesswärme in Form von Heißwasser und Wasserdampf benötigt. Im Ist-Zustand wird dieser Wärmebedarf durch einen konventionellen Brennkessel mit Erdgas gedeckt. Auf dem Gelände des Betriebes gibt es zahlreiche Gebäude und Hallen mit Flachdächern, die bisher nicht genutzt werden und sich größtenteils für die Installation von Solarkollektoren eignen. Ein großer Teil des Betriebsgeländes ist bereits mit einem Nahwärmenetz durchzogen, dass verschiedene Herstellungs- und Reinigungsprozesse mit Heißwasser versorgt und sich somit ideal für die Einbindung der Wärme aus den Solarkollektoren eignet. Insgesamt ist die Installation von 500 m² Kollektorfläche geplant, mit denen sich im Jahr ca. 275 MWh Wärme erzeugen lassen.

Kosten für die Umsetzung:

• Investitionskosten für Solarkollektoren, Wärmeübertrager, Rohrleitungen, Dämmung und Anschluss an das bestehende Wärmenetz von rund 86.500 €,
• Investitionsnebenkosten (für Planung, Installation, Messtechnik und Inbetriebnahme) in Höhe von etwa 24.500 €
• und damit in Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 111.000 €

Von diesen Kosten können im Förderwettbewerb Energieeffizienz bis zu 50 Prozent gefördert werden. Zudem kann die Maßnahme auch mit weiteren Effizienzmaßnahmen (z. B. Optimierung der Kesselanlage und durch Einbau eines effizienten Brenners und zusätzlichen Abgaswärmetauschern) kombiniert werden und somit die Antragstellung für die Förderung über nur einen Antrag (Einsparkonzept) erfolgen. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Kosten hängt letztlich davon ab, welchen Anteil an den Gesamtinvestitionskosten die effizienzbezogenen Kosten (Investitionsmehrkosten und -nebenkosten) aufweisen.

Ausführliche Hinweise zur Berechnung der Investitionsmehrkosten finden sich im Merkblatt "Allgemeine Hinweise zur Antragstellung", welches unter "Mitmachen" und "Antragsstellung" auf den Webseiten des Förderwettbewerbs Energieeffizienz abrufbar ist.

Grundlegendes Kriterium für die Zulassung zum Förderwettbewerb Energieeffizienz ist, dass die Amortisationszeit des Projektes, berechnet aus den effizienzbezogenen Investitionskosten und der Summe der eingesparten Energiekosten, mindestens vier Jahre beträgt.

Durch die Nutzung der Wärme aus den Solarkollektoren können jährlich 275 MWh Erdgas bzw. 55 Tonnen CO₂ eingespart werden. Bei einem Erdgaspreis von 0,03 €/kWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach 13,4 Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach 6,7 Jahren.

Das zentrale Kriterium für die Förderentscheidung im Förderwettbewerb Energieeffizienz ist die je Fördereuro erreichte CO₂-Einsparung pro Jahr (Fördereffizienz). Diese liegt im beschriebenen Projekt bei der maximal möglichen Fördersumme von 55.500 € (50 Prozent Förderquote) und einer erwarteten Einsparung von 55 Tonnen CO₂ pro Jahr bei etwa 1.000 € pro Tonnen CO₂ und Jahr.

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¹ AGEB - Zusammenfassung Anwendungsbilanzen für die Endenergiesektoren 2008 bis 2019
² Fraunhofer ISI - Erstellung von Anwendungsbilanzen für die Jahre 2018 bis 2020 für die Sektoren Industrie und GHD