Technologien und Anlagen

Klimaneutrale Technologien

Zur Dekarbonisierung von Produktionsprozessen und Anlagen kommen verschiedene Technologien infrage. Die Auswahl der passenden Technologien hängt von den jeweiligen Anforderungen der Anwendung sowie den verfügbaren Ressourcen und der Infrastruktur ab. Eine optimale Auslegung und Integration dieser Technologien ist die Vorrausetzung für hohe Effizienz und Wirtschaftlichkeit.

  • Hochtemperatur-Wärmepumpe für den Betrieb mit Butan und Pentan
    © Fraunhofer ISE

    Wärmepumpen werten Umwelt- oder Abwärme auf, indem sie die Temperatur anheben und die Energie so wieder nutzbar machen. Dabei beträgt die Nutzwärme ein Vielfaches der eingesetzten und idealerweise erneuerbar erzeugten elektrischen Energie. In der Industrie kommen Wärmepumpen in Leistungsklassen bis in den MW-Bereich und für Temperaturen bis etwa 250°C zum Einsatz und können an die Anforderungen der Industrie angepasst werden. Besonders ökonomisch sind Wärmepumpen, wenn in Prozessketten sowohl beheizt als auch gekühlt werden muss. In Verbindung mit Wärmespeichern können sie zusätzlich Flexibilisierungsoptionen beim Strombezug bereitstellen.

  • © iStock.com/alexey_ds

    Für Temperaturen über 250°C oder in Anwendungen ohne Abwärmequellen kann (z.B. erneuerbar erzeugte) elektrische Energie mit verschiedenen Technologien direkt in Wärme gewandelt werden. Beispiele sind Heizstäbe zum Erhitzen von Wärmeträgern bzw. Prozessmedien oder Elektrodenkessel zur Erzeugung von Prozessdampf. In Verbindung mit Wärmespeichern können Elektro-Direktheizungen zusätzliche Flexibilisierungsoptionen beim Strombezug bereitstellen oder dazu beitragen, Lastspitzen zu kappen.

  • © Fraunhofer ISE

    In thermischen Kollektoren wird Solarstrahlung direkt in Wärme gewandelt und an Prozesse oder Wärmespeicher abgegeben. Die Speicher ermöglichen eine zeitliche Entkopplung von Erzeugung und Nutzung der erneuerbaren Wärme. Mit verschiedenen Kollektortechnologien kann Prozesswärme von niederen Temperaturen bis etwa 200°C ökonomisch bereitgestellt werden. In der Regel ergänzt die Solarthermie eine weitere Wärmequelle, die die Versorgungssicherheit gewährleistet. Mit einer Investition in Solarthermie machen Sie sich unabhängig von schwankenden Energiepreisen, alternativ zur eigenen Investition werden von vielen Anbietern inzwischen Wärmelieferungsverträge angeboten.

  • Photovoltaik wandelt Solarstrahlung direkt in erneuerbare elektrische Energie. Mit einer eigenen Dach-, Fassaden- oder Freifeldanlage kann der Strombezug reduziert und mit Wärmepumpen oder Direktheizungen auch erneuerbare Prozesswärme oder -kälte erzeugt werden. Je nach Anwendung kann der Einsatz von Wärme- oder Batteriespeichern den erneuerbaren Anteil der verbrauchten Energie deutlich erhöhen.

  • Wärme- oder Kältespeicher ermöglichen eine zeitliche Entkopplung von Erzeugung und Nutzung von erneuerbar erzeugter Wärme bzw. Kälte, sowohl für erneuerbare Wärme (Solarthermie, Geothermie) oder über elektrischen Strom. In Zeiten geringer Bezugspreise kann mit elektrischer Energie Wärme (Power-to-Heat) oder Kälte günstig erzeugt werden und steht später für ihre Prozesse bedarfsgerecht zur Verfügung. Auch Abwärme kann gespeichert werden, um dann bedarfsgerecht wieder genutzt zu werden.

  • Elektrische Speicher (große Batteriesysteme) kommen sinnvoll dort zum Einsatz, wo große Mengen von erneuerbarem Strom nicht direkt genutzt oder eingespeist werden können oder Lastspitzen reduziert werden sollen (Peak Shaving).

  • © istock.com / Petmal

    Wasserstoff kann sowohl als chemischer Grundstoff als auch als Energieträger verwendet werden. Wird er z.B. mittels Elektrolyse aus erneuerbarem Strom hergestellt, dient er als erneuerbarer Energieträger und auch Ausgangsstoff für synthetische Kraftstoffe. Anlagen zur Erzeugung von Wasserstoff oder „grünen“ synthetischen Kraftstoffen sind dort sinnvoll und können Prozesse dekarbonisieren, wo Wasserstoff bzw. Kraftstoffe nicht durch andere erneuerbare Quellen ersetzbar sind.

  • Direct Air Capture Prototyp in der Testplattform am Fraunhofer ISE.
    © Fraunhofer ISE / Foto: Joscha Feuerstein

    Technologien, die CO2 abscheiden und so der Atmosphäre oder Kohlenstoffkreisläufen dauerhaft entziehen, werden unter dem engl. Begriff der „Negative Emission Technologies“ zusammengefasst. Durch eine Kompensation ermöglichen sie eine vollständige Klimaneutralität auch dann, wenn ansonsten unvermeidliche Rest-Emissionen vorliegen.

  • QUANTUM-Kältemaschine Gebäude R
    © Fraunhofer ISE

    Neben der Prozesswärmeversorgung ist die Bereitstellung von industrieller Kälte ein Bereich mit hohem Energiebedarf. Beim Einsatz von elektrisch getriebener Kompressionskälte gelingt eine Dekarbonisierung durch die Verwendung von erneuerbarem Strom. Sind geeignete (Ab-)Wärmequellen vorhanden, können auch thermisch angetriebene Kälteprozesse eine attraktive Lösung darstellen. Ist in Ihren Prozessketten gleichzeitig auch ein Heizbedarf vorhanden, kann eine Wärmepumpe möglicherweise sowohl den Heiz- wie auch den Kühlbedarf gewinnbringend abdecken.  

Systementwicklung und Anlagenoptimierung

Energieeffiziente und ressourcenschonende Produktionsanalagen sind der Schlüssel zu einer klimaneutralen Industrie. Hierfür entwickeln wir Systeme für die industrielle Anwendung und optimieren bestehende Anlagen. Dabei setzen wir auf innovative Technologien, um den Einsatz erneuerbarer Energien zu maximieren und Emissionen zu reduzieren.

Unsere FuE-Infrastruktur zu diesem Thema

 

Zentrum für Wärme- und Kältetechnologien

Prüfung und Charakterisierung von Geräten und Komponenten für den Einsatz in der Gebäudetechnik

 

Zentrum für elektrische Energiespeicher

Neuartige Materialien und innovative Produktions­verfahren für die Batterietechnologie

 

Zentrum für Elektrolyse, Brennstoffzellen und synthetische Kraftstoffe

Charakterisierung von Komponenten der Wasserstofftechnologie

 

TestLab PV Modules

Das TestLab PV Modules bietet ein breites Spektrum an Qualitäts und Zuverlässigkeitsprüfungen an.

 

TestLab Heat Pumps and Chillers

Neueste Technik zur Entwicklung, Vermessung und Charakterisierung von Wärmepumpen und Kältemaschinen sowie deren Komponenten.

 

TestLab Solar Thermal Systems

TestLab Solar Thermal Systems

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

Verbundvorhaben: FernWP

Fern- und Prozesswärmeversorgung durch Wärmepumpen als Ersatz der Kohleverbrennung

 

LuftBlock

Weiterentwicklung und Erprobung eines Hochtemperaturwärmespeichers mit innovativer Füllkörpertechnologie und Luft als Wärmeträger in der Keramikindustrie

 

KETEC

Forschungsplattform Kälte- und Energietechnik

Kontakt

Wolfgang Kramer

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Dr. Wolfgang Kramer

Abwärmenutzung

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Dr. Saskia Kühnhold-Pospischil

Negative Emission Technologies

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Dr. Thomas Fluri

Transformationskonzepte, Hochtemperaturspeicher und elektrische Direktheizung

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Dr. Sebastian Gamisch

Wärme- und Kältespeicher

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PV-Kraftwerke

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Dr. Joachim Koschikowski

Wertstoffe und Aufbereitung von Industrieabwässern

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Elektrische Energiespeicher

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Wasserstoff und nachhaltige Syntheseprodukte

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Andreas Burger

Wärmepumpen in der Industrie

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