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Das Fraunhofer ISE nutzt eine interdisziplinäre Methode, bei der Produktionsprozesse und deren Energieverbrauch ganzheitlich betrachtet werden

CO2 reduzieren und Kosten sparen
Fraunhofer ISE unterstützt beim Energiesparen

Fraunhofer ISE Energie Monitoring Industrie
Überblick über ein modernes Wellpappenwerk inklusive Papierlager, Wellpappenanlage, Digitaldruckeinheit, Transportsystem, Nachverarbeitungsanlagen und Produktlager Bild: BHS Corrugated

Deutsche Industrieunternehmen leiden derzeit unter den stark gestiegenen Kosten für fossile Brennstoffe und Strom. Die massiven Erhöhungen können für besonders energieintensive Branchen existenzbedrohende Ausmaße annehmen. Das Fraunhofer ISE unterstützt Unternehmen dabei, den Energieverbrauch ihrer Standorte und damit sowohl Kosten als auch Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Das Institut nutzt dafür eine interdisziplinäre Methode, bei der Produktionsprozesse und Energieflüsse ganzheitlich betrachtet werden, wie ein Projekt mit einem Unternehmen aus der Wellpappenindustrie zeigt.

Aktuell ist die Industrie mit einem Anteil von 35 % der Sektor mit dem höchsten Erdgasverbrauch in Deutschland.

„Vor dem Hintergrund der stark gestiegenen Preise und sogar eines drohenden Erdgas-Ausfalls suchen viele Industriebranchen derzeit nach Alternativen und effizienteren Produktionsprozessen“, erklärt Dr. Thomas Fluri, Gruppenleiter Klimaneutrale Industrieprozesse und Hochtemperaturspeicher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme.

Zudem seien grünere Produkte und eine erfolgreiche Zertifizierung nach den Environment-, Social- und Governance-Ratingkriterien auch Wettbewerbsvorteile. „Mit unserem interdisziplinären Ansatz unterstützen wir energieintensive Unternehmen dabei, den Energieverbrauch ihrer Standorte zu reduzieren“, so Fluri weiter.

Dabei werden die Prozesse ganzheitlich betrachtet, wofür das Fraunhofer ISE seine Expertise von der Komponentenentwicklung über die Energiedatenanalyse bis zur Umsetzung von Konzepten zur Dekarbonisierung von Industrieprozessen einsetzt. Dabei bezieht es seine umfassende Kenntnis zu Techniken zur Nutzung erneuerbarer Energien wie Solarthermie, Photovoltaik und Speichersysteme mit ein.

Im ersten Schritt erfasst das Projektteam umfassende Energiedaten und entwickelt dafür dann die Monitoringkonzepte. Die gemessenen Daten werden anschließend evaluiert und Maßnahmen zur Energieeinsparung abgeleitet.

Potenzialstudie zu energieeffizienter Wellpappenanlage

Wellpappe ist eines der wichtigsten Verpackungsmaterialien der Welt. Einer der größten Lösungsanbieter in der Wellpappenbranche ist die BHS Corrugated Maschinen- und Anlagenbau GmbH aus Weiherhammer. Mehr als 50.000 Fußballfelder könnten mit der jährlich produzierten Wellpappe einer Anlage des Unternehmens bedeckt werden.

Im Auftrag von BHS Corrugated erarbeitete das Fraunhofer ISE Energiesparmaßnahmen mit dem Ziel, den Wärme- und Stromverbrauch zu reduzieren.

Analysieren und bewerten

Zu diesem Zweck wurde an einem Kundenstandort ein Energie-Monitoring-System an einer Wellpappenanlage installiert, um die Energiedaten der unterschiedlichen Anlagenkomponenten und Prozessschritte zu ermitteln. Auf Basis der gewonnenen Daten analysierte das Forschungsteam die bestehenden Systeme hinsichtlich ihres Energiesparpotenzials.

Im Fokus der Betrachtung stand die eingesetzte Dampfbeheizung, die als primäre Energiequelle für die Wellpappenanlage fungiert. Hierfür wurden alternative Heizsysteme aufgezeigt und hinsichtlich ihrer Energieeffizienz sowie den daraus resultierenden Kostensenkungen bewertet.

Prozessintegration und Umsetzbarkeit berücksichtigten die Forscher ebenso. Auch der Einsatz von Photovoltaik und Speichern zur Reduktion der CO2-Emissionen wurde überprüft.

Hohe Einsparungen bei Heizung und Strom

Für die untersuchten Standorte konnte allein durch die verschiedenen Maßnahmen zur Energiebereitstellung ein Einsparpotenzial von 4,5 kg CO2 pro 1000 m² produzierte Wellpappe ermittelt werden.

Angesichts der Produktionskapazität der Anlage von rund 160 Mio. m² ergibt dies ein Potenzial von 720 t CO2-Einsparung jährlich. Zum Vergleich: Die Weltproduktion an Wellpappe wird auf jährlich 260 Mrd. m² geschätzt.

Die Installation einer Photovoltaik-Anlage (820 kW) könnte die Stromrechnung der untersuchten Fertigung jährlich um knapp 150.000 Euro senken und den Strombedarf zu 14 % decken. Die PV-Anlage hilft dem Betreiber auch, künftige Strompreissteigerungen abzufedern.

Zur Spitzenlastkappung könnten Batteriespeicher eingesetzt werden. Neben einem höheren Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung tragen auch Maßnahmen in der Wärmeversorgung, wie der Einsatz von Solarthermie, zur Dekarbonisierung bei.

Produktivität und Nachhaltigkeit

„Oft gehen die Ziele einer höheren Anlagenproduktivität und eines verantwortungsvollen Ressourcenumgangs Hand in Hand“, betont Dr. Berthold Aumüller, Manager Innovation Management & Research bei BHS Corrugated.

Ein Beispiel sei die Senkung der Energiekosten durch die Reduzierung des Papiereinsatzes – ein Synergieeffekt, der sich kosten- sowie emissionssenkend auswirkt. „Das Projekt mit dem Forschungsteam des Fraunhofer ISE hat dafür ein zukunftsträchtiges Fundament gelegt und Möglichkeiten aufgezeigt, um auch in Zukunft Produktivität und Nachhaltigkeit mit dem Einsatz von Wellpappenanlagen zu ermöglichen“, so Aumüller.

Auch in anderen Branchen sieht das Fraunhofer ISE großes Potenzial zur Senkung des Energieverbrauchs. Besonders interessant seien dabei die Textil-, die Lebensmittel-, die Papier- und die Chemieindustrie, heißt es.

Dort werde in vielen Prozessen Niedrigtemperaturdampf verwendet, etwa für die Trocknung von Papierprodukten, für die Sterilisierung und Pasteurisierung von Lebensmitteln oder für Destillationsprozesse.

Den Bedarf an Prozesswärme bis 480 °C schätzen die Forscher in Deutschland auf 159 TWh. „Hier sehen wir großes Potenzial zur Senkung der Energieverbräuche und zum Umstieg auf alternative Technologien zur Wärme- und Stromerzeugung“, unterstreicht  Fluri. (jk)

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