Über 95 % der industriellen Abwärme bleiben ungenutzt – Wärmepumpen als ideale Schlüsseltechnologie, um Potenziale zu nutzen 

Überblick

• Die Industrie hat mit fast 30 % den größten Anteil am Energiebedarf in Deutschland.
• Die Abwärme aus industriellen Prozessen bleibt zu 95 % noch ungenutzt. 
• Mit Hochtemperatur-Wärmepumpen ließe sich das Potenzial gewinnbringend nutzen. Das spart fossile Energie und hilft dem Klima.

Metall bearbeiten und veredeln, Lebensmittel kühlen, Textilien trocknen: Von allen Sektoren in Deutschlang hat die Industrie den größten Anteil am Energiebedarf. Knapp zwei Drittel davon werden für Wärme benötigt, allen voran für Prozesswärme, um Dampf zu erzeugen, Metalle und Kunststoffe zu erhitzen oder Rohstoffe zu trocknen. Die Abwärme aus industriellen Prozessen wird hierzulande jedoch bislang kaum genutzt – ein Verlust von mehr als 300 TWh in Deutschland jedes Jahr. Häufig wird sogar noch zusätzliche Energie aufgewendet, um die Abwärme auf ein moderates Maß abzukühlen und dann ungenutzt in die Umwelt abzugeben. Mit Wärmepumpen ließe sich das Potenzial der Abwärme gewinnbringend ausschöpfen. Vor diesem Hintergrund haben EY-Parthenon und die YANMAR Energy System Europe GmbH aus Marl, ein Tochterunternehmen eines der führenden japanischen Maschinenbauunternehmen, in einer gemeinsamen Studie das Marktpotenzial von Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTWP) genauer untersucht.

Hochtemperatur-Wärmepumpen kommen grundsätzlich überall dort infrage, wo Prozesswärme mit einer Temperatur von bis zu 150 °C benötigt wird, etwa in der Lebensmittel-, Papier- oder Chemieindustrie, wo Niedrigtemperaturdampf zur Trocknung, zum Sterilisieren und Pasteurisieren oder für Destillationsprozesse eingesetzt wird. Über einen Wärmetauscher wird die Temperatur der vorhandenen Abwärme aus Kühl- oder Schmelzprozessen zurückgewonnen und effizient in den Produktionsprozess zurückgeführt – ein Kreislauf im Sinne einer Circular Economy, der Energie und CO2 spart.

Marktpotenzial von Industriewärmepumpen

Das Marktpotenzial industrieller Wärmepumpen ist enorm, insbesondere in Schlüsselindustrien wie der Nahrungsmittel- und Getränkeherstellung, der Chemie- und Pharmaindustrie, der mechanischen Fertigung und der Textilindustrie, wo hohe Energiekosten eingespart werden können. Jährlich gehen hier etwa 3,5 TWh Energie verloren, die durch Wärmepumpen nutzbar gemacht und im Prozess wieder eingesetzt werden könnten.

Im Nahrungsmittel- und Getränkebereich eignen sich besonders Prozesse mit Temperaturanforderungen von etwa 50 bis 90 °C wie Brühen und Waschen sowie teilweise Erhitzungs- und Kochprozesse (120 °C) und Destillieren (100 °C) zur Wiederverwendung der Abwärme.

In der Chemie- und Pharmaindustrie könnte am meisten Energie eingespart werden, da etwa 23 % der Abwärme aus industriellen Prozessen ungenutzt bleiben. Diese Wärme könnte insbesondere bei Erhitzungs- oder Kochprozessen wiederverwendet werden.

Auch in der mechanischen Fertigung geht jährlich eine beträchtliche Menge Energie verloren, die durch Wärmepumpen effizient genutzt werden könnte, beispielsweise bei Reinigungs- oder Oberflächenbehandlungsprozessen.

Die gemeinsame Studie von EY-Parthenon und YANMAR zeigt ein Gesamtpotenzial von etwa 8.500 Hochtemperatur-Wärmepumpen in Deutschland (jeweils mit einer Leistung von 100 kW) in diesen Schlüsselindustrien. Experten erwarten, dass das Potenzial von Industriewärmepumpen bis 2030 weiter zunimmt. Trotz aktueller Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz wird prognostiziert, dass die Menge der durch Wärmepumpen nutzbaren Abwärme jährlich um etwa 3 % steigen wird, da ein größerer Anteil (ca. 40 %) der gesamten Abwärme für die Aufbereitung geeignet sein wird.

Mit weniger als 5 % der installierten Leistung fristen Hochtemperatur-Wärmepumpen in der deutschen Industrie allerdings noch ein Nischendasein. Vor dem Hintergrund der Ziele der EU zur Dekarbonisierung der Industrie und Netto-null-Emissionen wird Energieeffizienz jedoch zunehmend ganz oben auf die Tagesordnung gesetzt, sodass auch YANMAR das Thema „Industrielle Abwärmenutzung“ schon länger fest in die Unternehmensstrategie aufgenommen hat. Durch Angleichung von Gas- und Strompreisen, EU-Regulierungen zur Förderung von Energieeffizienzlösungen und zusätzliche Anreize wie Zuschüsse, zinsgünstige Darlehen und lokale Programme wird die Markteinführung von Wärmeerzeugung aus nichtfossilen Brennstoffen (insbesondere HTWP) zunehmend begünstigt. Flankiert durch ein wachsendes Bewusstsein für die Dringlichkeit, sich mit Energieeffizienz zu befassen, steigt somit die Bedeutung alternativer Heizmethoden enorm und Experten prognostizieren einen deutlichen Anstieg von Hochtemperatur-Wärmepumpen bis 2030. Die Elektrifizierung wird als Schlüsselinstrument betrachtet, und die Wärmepumpe ermöglicht die Nutzung vorhandener Abwärme, reduziert den Primärenergieeinsatz und verringert gleichzeitig den CO2-Fußabdruck. Wenn der Staat die Elektrifizierung in industriellen Produktionsprozessen unterstützt, wird das der Technologie einen zusätzlichen Schub verleihen.

Vorreiter bei der Integration von Wärmepumpen in der Industrie sind die skandinavischen Länder. Norwegen, Schweden, Finnland und Dänemark setzen schon lange auf Strom statt auf Gas, beflügelt durch geringe Preisunterschiede zwischen den beiden Energieträgern. In Nordamerika steckt die Technologie dagegen noch in den Anfängen. Niedrige Preise für fossile Energie schaffen hier wenig Bewusstsein oder Handlungsdruck. Spätestens seit der Energiekrise zu Beginn des Ukraine-Krieges findet in Deutschland und der EU ein Umdenken statt. Aus Sorge um ihre Produktion sind Unternehmen auf der Suche nach Alternativen zu Gas und anderen fossilen Energieträgern. Den Markt für Industriewärmepumpen hat die gestiegene Nachfrage aus der EU und Deutschland damit in kürzester Zeit angekurbelt.

Eine stark wachsende Nachfrage, hohe Profitabilität und wiederkehrende Erlöse durch Serviceverträge: Der Wärmepumpenmarkt bietet große Chancen sowohl für mittelständische als auch für global agierende Hersteller. 

Herausforderungen und Chancen für Deutschland

Der erfolgreiche Einsatz von Wärmepumpen in der Industrie ist unter anderem getrieben durch das Verhältnis zwischen Gas- und Strompreisen. Der Umstand, dass in Deutschland Gas im Verhältnis 1 zu 3 günstiger ist als Strom, dämpft derzeit noch die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpen und bremst die Investitionsfreude der Unternehmen. Doch steigende CO2-Preise und der Wunsch nach einer autarken Energieversorgung tragen zum Umdenken bei und die Vorteile der Technologie liegen klar auf der Hand.