Wissenschaftler sehen die Möglichkeit, die industrielle Prozesswärme vor allem durch Wasserstoff und Elektrifizierung bis 2045 klimaneutral zu stellen. Kosten und Verfügbarkeit, insbesondere von grünem Wasserstoff, stehen dem jedoch entgegen.
Vor allem Hochtemperaturprozesse in der Industrie benötigen weiterhin kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe mit hoher Energiedichte. Grüner Wasserstoff als Alternative ist jedoch kaum verfügbar.
Frank Urbansky
Die Umstellung der Industrie auf klimaneutrale Prozesswärme ist eine der großen Herausforderungen der Energiewende. Für Hochtemperaturprozesse etwa werden bisher fast ausschließlich fossile Brennstoffe eingesetzt, die sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte sehr gut dafür eignen.
Umstellung bis 2045 möglich
Eine neue Studie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) und des Instituts für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) der RWTH Aachen versucht darauf Antworten zu finden. Sie konzentriert sich auf 13 Branchen in der Metall- und Mineralindustrie und deckt 34 spezifische Anwendungen ab, die zusammen etwa 1.800 Prozesswärmeanlagen in Deutschland repräsentieren. Die Studie wurde im Auftrag des Umweltbundesamts durchgeführt.
Demnach ist die technische Umsetzung einer klimaneutralen Prozesswärmeerzeugung bis 2045 realistisch. Für alle analysierten Anwendungen sind bereits heute CO2-neutrale Lösungen verfügbar oder befinden sich in Entwicklung, wobei die Technologiereife und die Herausforderungen je nach Branche variieren. "Die Entscheidungen für die Zukunft der Prozesswärme in den verschiedenen Bereichen unserer Industrie müssen jetzt getroffen werden", so Projektleiter Tobias Fleiter vom Fraunhofer ISI.
Zwei wesentliche Technologien sind die Elektrifizierung und Wasserstoff. Für gasbeheizte Industrieprozesse, die ohne die schon erwähnten hohen Energiedichten nicht auskommen, ist Wasserstoff die Vorzugsvariante. Eine direkte Elektrifizierung bringt technische Herausforderungen mit sich und würde umfangreiche Umbauten erfordern. Hingegen sind Anwendungen mit niedrigeren Temperaturen oder geringeren Produktionskapazitäten besser für die Elektrifizierung geeignet. Diese sind schon heute am Markt verfügbar, werden aufgrund der hohen Kosten, etwa in der Feuerverzinkung, jedoch nur marginal genutzt.
Hybridsysteme minimieren Risiko
Zur Dampferzeugung sind sowohl elektrische Dampfkessel als auch Großwärmepumpen bereits am Markt verfügbar. Großwärmepumpen könnten etwa in der Papier- und Nahrungsmittelindustrie sogar eine höhere Energieeffizienz bieten. Hybridlösungen wie das Nachrüsten von gasbeheizten Anlagen mit elektrischen Wärmepumpen oder Dampfkesseln böten, so die Forscher, einen risikoarmen Einstieg in die Transformation.
Während die elektrischen Systeme schon gut eingeführt sind, sehen die Wissenschaftler bei der Entwicklung von Wasserstofftechnologien, die derzeit hauptsächlich im Pilot- und Demonstrationsmaßstab existieren, einen großen Nachholbedarf. Und sie sehen größte Unsicherheiten bei der Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff, der gegenwärtig quasi nicht existent ist.
Nötig sei der Studie zufolge ein politischer Rahmen, der eine zukünftige Wirtschaftlichkeit der Transformation unterstützt. Maßnahmen wie ein höherer CO2-Preis, Reformen der Netzentgelte oder spezifische Strategien zur Senkung der Strompreise könnten hierbei helfen.