Viele Gewerbe- und Industriebetriebe verfügen über einen hohen Wärmebedarf, gleichzeitig aber auch über eine hohe Abwärmemenge auf tiefem Temperaturniveau. Das birgt Potenzial zur Optimierung.
Kann die Abwärme wirtschaftlich genutzt werden, anstatt sie einfach an die Umgebung abzugeben oder sogar kostspielig zu «entsorgen»? Wo starte ich mit der Optimierung? Das sind keine trivialen Fragen, vor allem die zweite nicht, da es verschiedene Lösungsansätze gibt. Bei der EnAW setzen wir auf sechs Massnahmenfelder, die auf dem Weg zur Dekarbonisierung Orientierung bieten. Sie sind nicht einzeln bzw. voneinander unabhängig zu verstehen, sondern müssen kombiniert betrachtet werden: Effizienzmassnahmen sind der erste Schritt zur Dekarbonisierung. Aufbauend auf Effizienzmassnahmen können beispielsweise Prozess- und Technologieänderungen umgesetzt und abschliessend der Einsatz neuer emissionsfreier Energieträger eingeleitet werden. Eine mögliche Massnahme dafür ist der Wechsel von Dampf auf Heisswasser oder noch besser auf noch tiefere Temperaturen respektive der punktuelle Einsatz eines (elektrischen) Schnelldampferzeugers.
Einer der Schlüssel zur Dekarbonisierung liegt in der Temperaturabsenkung von Prozessen und der Integration von Abwärme. Bevor mit der Planung der Prozesstechnik und der Kombination mit dem erneuerbaren Wärme-/Kälteerzeugungssystem gestartet werden kann, gilt es alle relevanten Wärme- und Kälteflüsse im Betrieb zu erfassen. Als Basis dient idealerweise die PinCH-Analyse. Sie gibt einen Überblick über alle energetischen Ströme und zeigt auf, wie sie über Wärme- und Kältenetze verknüpft werden können. Ihre Umsetzung bleibt jedoch trotz Fördergeldern kostenintensiv und lohnt sich vor allem für energieintensive Betriebe. Als Alternative für KMU bietet die EnAW innerhalb der Web-Applikation «Roadmap zur Dekarbonisierung» ein thermisches Fingerprinting an. Dies ermöglicht den Unternehmen, einen raschen Überblick über die Wärme-Abwärme-Situation auf Jahresbasis zu erhalten. Dabei werden die relevanten Wärme- und Kälteflüsse protokolliert und grafisch übersichtlich aufgezeigt. Bei der Erfassung der thermischen Verbraucher sind die Prozesstemperaturen ein wichtiger Punkt. Hier gilt es immer auch die Frage zu klären, ob sich die Temperaturen im Sinne einer Effizienzsteigerung anpassen lassen (Absenken bei Wärme, Erhöhen bei Kälte): Benötigt der Prozess 95 Grad Celsius oder reichen 85 Grad Celsius aus? Können die Anlagen von Dampf auf tiefere Temperaturen vollständig oder partiell umgestellt werden? Kann Kälte bei 12 statt 7 Grad Celsius bereitgestellt werden? Gibt es andere Verfahrens- oder Prozesstechnologien, die eingesetzt werden können?
Sind die Prozesstemperaturen identifiziert und optimiert, geht es ans Eingemachte. Mit dem Thermischen Fingerprint wird das Jahrespotenzial für die Wärmerückgewinnung aus Abwärme ersichtlich. Abwärme liegt meist gebunden in Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsströmen oder in Form von diffuser Strahlungswärme vor. Je niedriger in einem nachgeschalteten Prozess die Temperatur für eine Wärmenutzung ist, desto mehr Abwärmequellen kommen infrage. Dazu zählt zum Beispiel Abwärme aus Produktionsmaschinen oder -anlagen, Abwasser, Kühlanlagen, Kühlung von Serverräumen und Motoren oder die in Produktionshallen anfallende Abluft. Jedoch muss die Temperatur der Abwärmequelle grundsätzlich höher liegen als die Temperatur, die der Wärmeverbraucher benötigt. Die Nutzung wird umso wirtschaftlicher, je höher die Temperaturdifferenzen und damit die übertragbaren Wärmeleistungen sind. Nun gilt es diese Erkenntnisse mit den Informationen über die Produktionsabläufe zu kombinieren: Handelt es sich um Batch-Prozesse, wird in einer oder mehreren Chargen pro Tag produziert oder sind es kontinuierliche Prozesse? Je nach Prozessart kann das Unternehmen mit einer direkten Wärmerückgewinnung über einen Wärmetauscher arbeiten. Oder es benötigt einen thermischen Speicher als Puffer, um Abwärme oder Kälte über einen gewissen Zeitraum zu puffern, bevor sie verwendet werden kann. Reicht das Temperaturniveau von Abwärmeströmen nicht für eine direkte Nutzung, dann können sie als Quelle für eine Hochtemperatur-Wärmepumpe genutzt werden. Die Hochtemperatur-Wärmepumpe ist Bestandteil vieler Forschungsprojekte und auch schon als Serienprodukt bei diversen Herstellern verfügbar.
Wird ein erneuerbares Wärmeerzeugungssystem, wie beispielsweise ein Fernwärmeanschluss, ein Pellet- oder Holzschnitzelkessel beziehungsweise eine Wärmepumpe, analog eines Gasoder Ölkessels dimensioniert, hat man meist unweigerlich ein überdimensioniertes, teures und ineffizientes System. Denn die erneuerbaren Wärmeerzeugungssysteme sind pro zusätzliche Kilowatt Heizleistung viel teurer. Insbesondere bei Holzfeuerungen und Wärmepumpen ist ein möglichst kontinuierlicher, nicht taktender Betrieb erwünscht – Stichwort: Abgase und Feinstaubproduktion bei Holzfeuerungen und hohe Anfahrverluste bzw. mechanische Belastung des Kompressors bei Wärmepumpen. Hierfür berechnet das technische Dimensionierungs-Tool «ProCalor», das in die EnAW-Web-Applikation Roadmap zur Dekarbonisierung integriert wird, eine korrekte Auslegung der neuen Wärmeerzeugung plus Pufferspeicher, um diese Bedarfsspitzen zu reduzieren.
Was heisst das nun für Gewerbe- und Industriebetriebe? Insbesondere Betriebe, die Temperaturen bis und mit ca. 120 Grad Celsius benötigen, lassen sich theoretisch mit bewährten Technologien vollständig dekarbonisieren. Bei höheren Temperaturen geht es kaum ohne Biomasse oder neue Energieträger wie zum Beispiel synthetische erneuerbare Energieträger. Mit intuitiven Tools und extensiver Fachberatung durch die Expertinnen und Experten gilt es, das vorhandene Wissen in der Praxis breit einzusetzen.
Stefan Eggimann
ist bei der EnAW Leiter des KMU-Modells, seit 2009 EnAW-Berater und Mitglied der Geschäftsleitung von Weisskopf Partner GmbH, wo er insbesondere für Industriepro-jekte zuständig ist.
Philippe Goffin
ist der EnAW-Projektleiter Science Based Targets initiative (SBTi) und ebenfalls bei Weisskopf Partner tätig.
Sie kennen die Rezepte und wissen, wie man in Sachen Energieeffizienz andere Saiten aufzieht. Kulinarik-Fan Beatrice Schaffner und Hobbygitarrist Martin Liechti über die Extraprise Mut und den richtigen Ton im Energiebereich.
«Wenn ich ins Restaurant gehe, will ich auch einfach ein Cordon bleu», lacht Beatrice Schaffner, langjährige EnAW-Beraterin. Die promovierte Chemie-Ingenieurin spielt darauf an, dass es als EnAW-Beraterin häufig eben
nicht nur auf spezifisches Fachwissen und damit die genaue Beschaffenheit der Muskelfasern des Schnitzelfleischs ankommt, sondern dass auch eine ganze Menge Kommunikationskompetenz dazugehört, um komplexe Themen simpel und verständlich auf den Punkt zu bringen.
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Und das nicht nur bei der technischen Umsetzung von Energieeffizienz-massnahmen, sondern im Moment besonders auch auf der politischen und gesetzlichen Ebene. Denn in Zeiten der Unsicherheiten herrscht Redebedarf. Das weiss auch der studierte Gebäudetechnik-Ingenieur Martin Liechti, der während der Corona-Pandemie Teil des 100-köpfigen EnAW-Beraterteams wurde. Investitionen im Energiebereich seien, so Liechti, Finanzthemen und haben häufig nicht mehr viel mit Ideologie zu tun. Deshalb müsse man den Unternehmen heute vermehrt Mut und Zuversicht mit auf den Weg geben. Denn nichts tun – da ist man sich einig – sei eben auch keine Lösung. Zuversichtlich sind beide. «Die EnAW ist mit vielen Jahren Erfahrung, einem grossen Kundenstamm, einem guten Netzwerk und professionellen Beraterinnen und Beratern sozusagen in der Poleposition für zukünftige Herausforderungen wie Netto-Null», so Schaffner. Und auch Liechti ist überzeugt: «Die EnAW ist sehr innovativ und geht gezielt auf die Bedürfnisse der Unternehmen ein. Wir werden weiterhin daran arbeiten, kluge Lösungen zu finden und mit offenen Augen und Ohren durch die Betriebe zu gehen, um die Klimaziele der Schweizer Wirtschaft zu erreichen.»
Das Diffusionsmodell beschreibt, wie neue Ideen von einigen wenigen Mutigen getrieben wird, dann in die Mitte getragen wird, und schliesslich auch von den Ewiggestrigen umarmt wird. Ein Drama in vier Akten.
Wenn man etwas verändern will, stösst man in der Regel auf Widerstand. Der Mensch ist ein Gewohnheitstier. Wir machen gern alles so, wie wir es immer gemacht haben. Sogar wenn wir wissen, dass es falsch ist. Aber wie kommt es dann, dass manche neuen Ideen sich gegen unsere Trägheit doch durchsetzen und uns zur Verände-rung bewegen?
Der Soziologe Everett Rogers nannte die genaue akademische Erfassung der Art und Weise, wie eine neue Idee sich in der Bevölkerung ausbreitet, «Diffusion». Eine der berühmtesten Diffusionsstudien ist die Analyse von Bruce Ryan und Neal Gross zur Verbreitung von Hybrid-mais in den 1930erJahren in den USA. Die neue Mais-sorte war den alten Sorten in jeder Hin-sicht überlegen. Trotzdem dauerte es 22 Jahre, bis sie sich beim Anbau durchsetzte.
Die Forscher nannten jene Bauern, die sehr früh den Maisanbau umstellten, «Innovatoren» (1), sie waren neu-gierige, mutige Leute, die gerne etwas Neues ausprobierten. Die etwas grössere Gruppe, die ihnen folgte, waren die «Early Adopters» (2). Das waren meinungs-führende Leute in den Gemeinden, die die Experimente der Innovators beobachtet hatten und sich dann der Bewegung anschlossen. Erst Ende der 1930er folgte die «skeptische Masse» (3), jene, die nie etwas verändernwürden, bevor nicht auch die erfolgreichsten Landwirtinnen und Landwirte es vorgemacht haben. Aber auch sie wurden irgendwann vom «HybridmaisHype» angesteckt und übertrugen ihn schliesslich auf die «Nachzügler» (4).
Übersetzt in eine Grafik, beschreibt diese Entwicklung eine Kurve: Sie steigt zunächst langsam an und erreicht dann den kritischen Punkt, an dem viele neue Ideen scheitern: Der Übergang von den Early Adopters zu den Skeptikern. Zwischen diesen liegt The Chasm, die Kluft.
Gelingt es den Early Adopters, die Idee über die Kluft in die skeptische Masse zu tragen, erreicht die Entwicklung einen «Tipping Point». Von dort steigt die Kurve stark an, weil die Masse das Verhalten übernimmt, und sinkt dann wieder, wenn nur noch Nachzügler übrigbleiben.
Das Diffusionsmodell ist auf jede Art von Neueinführungen anwendbar. Egal, was man vorhat: Veränderungen im Verhalten (Velohelm tragen), Veränderungen im Umgang (duzen statt siezen), Veränderungen im Konsum (Flexitarismus), immer muss man bedenken, dass es – grob gesagt – vier Gruppen von Menschen gibt: Innovatoren, die Veränderungen früh mitgehen, Early Adoptors, welche die Innovatoren genau beobachten, die skeptische Masse, die erst wechselt, wenn «alle es tun» und die Nachzügler. Wenn man eine Veränderung durchführen möchte, muss man sie über den Graben in die Mitte der Gesellschaft tragen.
Über die Autoren
Mikael Krogerus (links) ist Reporter und Roman Tschäppeler
(rechts) Kreativproduzent. Die beiden sind Autoren des internationalen Bestsellers «50 Erfolgsmodelle – kleines Handbuch für strategische Entscheidungen» und weiteren Büchern.
Die komplexe Welt der Entscheidungsfindung erklären sie geistreich mit wenigen Strichen – an einer Kreidetafel. Sie sind zudem Kolumnisten im «Das Magazin» und erklären wöchentlich, wie man besser fragt,
besser denkt und besser macht.
