Energetische Transformationskonzepte für erneuerbare Energien und Wärmerückgewinnung in Industrie und Liegenschaften

Die Industrie sucht nach Wegen zur schnellen, kostengünstigen Dekarbonisierung von Prozesswärme, doch es fehlt an einfachen, ganzheitlichen Methoden. Das Projekt »DekarbBeschleuniger« schließt diese Lücke: Untersucht wird eine durchgängige »Toolbox« zur ökonomisch und ökologisch optimierten Integration von erneuerbaren Energien und Wärmerückgewinnung in industrielle Prozesse. Der Mehrwert: Unternehmen können damit Transformationspfade zur Klimaneutralität künftig mit geringem Aufwand und zu niedrigen Kosten planen, CO₂-Emissionen zeitnah senken und Wettbewerbsvorteile realisieren.

Ausgangslage

Strom wird heute bereits zu einem großen Teil aus erneuerbaren Energien erzeugt und ist damit vergleichsweise weit dekarbonisiert. Bei der Wärmeerzeugung besteht hingegen weiterhin erheblicher Handlungsbedarf: Die Industrie muss jährlich rund 170 TWh Prozesswärme dekarbonisieren. Das Problem: Es fehlen einfache, durchgängige Methoden für eine ganzheitliche Planung. Bestehende Tools sind fragmentiert und insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) häufig zu komplex. Auch die Potenziale der Wärmerückgewinnung werden bislang nicht ausreichend genutzt, während fluktuierende erneuerbare Energien die Systemkomplexität deutlich erhöhen. Zudem hemmt der hohe Aufwand für die Datenerhebung frühe Planungsphasen. Das Projekt ist notwendig, um diesen Aufwand signifikant zu reduzieren und Investitionsentscheidungen zu erleichtern. Damit Anwender Klimaneutralität schnell und wirtschaftlich erreichen können, benötigen sie einfach anzuwendende, kostengünstige und validierte Methoden zur Entwicklung kostenoptimierter Transformationspfade.

Ziel

Ziel des Projekts ist die Schaffung einer »Toolbox« zur energetischen Dekarbonisierung neuer und bestehender Industrieprozesse. Mit minimalem Aufwand sollen betriebswirtschaftlich optimierte Konzepte für den Weg zur Klimaneutralität entwickelt werden. Die Optimierung erfolgt auf drei Ebenen: Einzelprozess, Gesamtprozess und Versorgungsebene. Angestrebt wird eine integrierte Software-Toolchain aus verschiedenen Modulen, die auch unabhängig voneinander genutzt werden können. Die Methode wird an realen Industriestandorten validiert. Zu den konkreten Ergebnissen zählen die Reduzierung von Planungsaufwand und -kosten, die Senkung des Endenergiebedarfs und der CO₂-Emissionen, die Minimierung von Investitions- und Betriebskosten sowie die beschleunigte, breite Umsetzung neuer Dekarbonisierungstechnologien in der Industrie.

Lösungsansatz

Im Zentrum des Projekts stehen die modulare Entwicklung und Integration einer Software-Toolchain sowie eines mobilen Schnellrechentools. Die Arbeiten umfassen eine KI-gestützte Datenerhebung, Lastgangprognosen, Pinch-Analysen und die kostenoptimierte Modellierung von Transformationspfaden. Hierfür kommen KI-Modelle, dynamische Simulationen, stochastische Optimierungsverfahren und MILP-basierte Modelle zum Einsatz. Das Fraunhofer ISE übernimmt die Projektleitung, evaluiert Pinch-Analyse-Tools und entwickelt die Methoden zur Konzeptoptimierung weiter. Dazu zählen auch stochastische Optimierungsansätze zur Berücksichtigung von Preisunsicherheiten. Darüber hinaus entwickelt das ISE ein Messkonzept und organisiert den Wissenstransfer in die Praxis. Damit gewährleistet das Institut sowohl die wissenschaftliche Fundierung als auch die praktische Anwendbarkeit der Projektergebnisse.

Das Projekt »DekarbBeschleuniger« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.