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.»
Der Bundesrat will «Netto-Null» bis im Jahr 2050. Die politische Vorgabe bedeutet nicht weniger als eine CO2-neutrale Schweizer Wirtschaft. Um diese Herkulesaufgabe zu meistern, müssen Unternehmen ihre Prozesse auf Ressourceneffizienz trimmen. Die EnAW hilft bei der Umsetzung.
Der Kampf gegen den Klimawandel ist eine Überlebensfrage auch für die Wirtschaft. Ohne nachhaltige Geschäftsmodelle verlieren Unternehmen über kurz oder lang ihre Wettbewerbsfähigkeit. Das politisch gesetzte Netto-Null-Ziel verlangt nach einer strategischen Neuausrichtung. Dazu gehört ein glaubwürdiges Energie- und Ressourcenmanagement. Zwar sind Energieeffizienz, erneuerbare Energien und tiefere Treibhausgasemissionen heute in Industrie- und Dienstleistungsbetrieben als Thema gesetzt. Für eine ganzheitliche Betrachtung der Prozesse müssen aber zusätzlich Materialverbrauch und Stoffströme mit einbezogen werden.
In den letzten 50 Jahren hat sich der Einsatz an Primärrohstoffen wie Metallerzen, nichtmetallischen Mineralien, Biomasse und fossilen Brennstoffen global verdreifacht. Die Verknappung der Rohstoffe und Schwierigkeiten bei der Gewinnung erfordern ein Umdenken. Die traditionelle Linearwirtschaft muss in eine Kreislaufwirtschaft überführt werden. An die Stelle von Abfallbergen und Deponien tritt dabei eine Ökonomie, die den Rohstoffverbrauch mindert und Produkte am Ende ihrer Nutzungszeit konsequent der Wiederverwendung, dem Remanufacturing bzw. dem Recycling zuführt. Aktuell werden erst zehn Prozent der globalen Stoffflüsse im Kreislauf geführt. Die Vision der Kreislaufwirtschaft hat ein gewaltiges Potenzial.
Vorausschauende Akteure wie Nestlé haben das Ziel der Kreislaufwirtschaft bereits in ihre Unternehmensphilosophie integriert. Verantwortungsbewusste Manager kommen damit potenziellen gesetzlichen «Vorschriften-Lösungen» alter Schule zuvor. Ein proaktives Vorgehen zur Realisierung unternehmensfreundlicher Lösungen ist ein Gebot der Stunde. Die EU-Kommission treibt die Kreislaufwirtschaft in ihrem «European Green Deal» voran. In der Schweiz lässt der Bundesrat gegenwärtig ein Massnahmenpaket zur Stärkung der Kreislaufwirtschaft erarbeiten. Parallel will das Parlament aus eigener Initiative im Umweltschutzgesetz die Rahmenbedingungen für eine moderne, umweltschonende Kreislaufwirtschaft festschreiben. Die bewährten Branchenvereinbarungen und freiwillige Initiativen der Unternehmen sollen ausdrücklich gestärkt werden.
Die Vision der Kreislaufwirtschaft hat ein gewaltiges Potenzial.
Almut Sanchen, EnAW-Projektleiterin Ressourceneffizienz
Will ein Unternehmen ressourceneffizient produzieren, muss es grosse Steine aus dem Weg räumen. Denn die Werkstoffe und Komponenten, die zu industriellen Gütern verarbeitet werden, haben oft eine globale Lieferkette durchlaufen. Damit gehen beträchtliche Stoffflüsse einher, die dem Endprodukt in der Regel nicht anzusehen sind. So steckt in einem typischen Personenwagen weit über eine Tonne an verschiedensten Materialien. Und das ist erst die halbe Wahrheit, denn die Herstellung des Autos hat im gesamten Produktionsprozess das 30-fache an Ressourcen gebraucht. Bei einem Laptop übersteigt der Ressourcenverbrauch das Eigengewicht sogar um das 70-fache, ein Grossteil in Form von Wasser.
Doch der Aufwand, den ein Unternehmen in die Umsetzung der Ressourceneffizienz steckt, zahlt sich aus. Materialeinsparungen und verringerte Abfallmengen reduzieren die Kosten. Ein vertieftes Verständnis der Stoffflüsse erlaubt kontinuierliche Prozess- und Produktverbesserungen. Das stärkt die Wettbewerbsfähigkeit und reduziert finanzielle Risiken durch verschärfte regulatorische Vorgaben, bei der Ressourcenbeschaffung oder der Altlastenbeseitigung. Die Verbesserung der Ökobilanz fördert die Akzeptanz der Produkte und stärkt die Reputation des Unternehmens bei Kundinnen und Kunden, ebenso wie bei den Mitarbeitenden und in der Öffentlichkeit.
Die EnAW unterstützt Unternehmen auf ihrem Weg zu verbesserter Endenergie- und Materialeffizienz sowie der Reduktion von umwelt- und klimaschädlichen Wirkungen. Im Rahmen ihrer Dienstleistung stellt sie Unternehmen ein standardisiertes Vorgehen bereit (vgl. Grafik), das sich in der Vergangenheit bei der Erarbeitung von Zielvereinbarungen vielfach bewährt hat. In einem ersten Schritt werden Prozessabläufe untersucht, Energie- und Stoffströme abgebildet und hinsichtlich ihrer Wirkung auf Umwelt und Klima bewertet. Auf dieser Grundlage wird anschliessend das Verbesserungspotenzial aufgezeigt, zum Beispiel über die Reduktion von Abfällen, die Verwendung umweltfreundlicherer Materialien, optimierten Produktionsprozessen und modernen Formen des Recyclings. Am Ende steht ein Zielpfad, der ausweist, welche Reduktionen der Umwelt-/Klimabelastung das Unternehmen in den nächsten zehn Jahren realisieren will. In der Umsetzungsphase erfolgt ein regelmässiges Monitoring, das die erzielten Erfolge quantifiziert ausweist. Die EnAW verhilft damit zu einer kontinuierlichen Verbesserung der Ökobilanz, mit der sich das Unternehmen für die Welt bereit macht, in der die heutige Klimajugend künftig leben wird.
Über die Autorin
Dr.-Ing. Almut Sanchen entwickelt als Projektleiterin Ressourceneffizienz das neue EnAW-Angebot. Sie hat Biotechnologie studiert, in diesem Fach promoviert und ist seit 2012 als EnAW-Beraterin unterwegs.
In der neusten Ausgabe von «FOKUS KMU – Alle sind Wirtschaft» dreht sich alles um die Themen Energiesparen und Ressourcen in den Betrieben. Ganz vorne mit dabei: zwei EnAW-Unternehmen, die unterschiedlicher nicht sein könnten und doch einiges gemeinsam haben.
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Die Tschopp Holzindustrie AG ist das einzige Schalungsplattenwerk und der grösste Pellets-Hersteller der Schweiz. Und ein Vorreiter in Sachen Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft: «Die Optimierung der Energieeffizienz und die Schliessung des Holzkreislaufs sind für uns entscheidende Faktoren, um auf dem Markt zu bestehen», sagt Daniel Tschopp, Geschäftsleitung Tschopp Holzindustrie AG. Das brauche eine klare Strategie, die volle Überzeugung und ein konsequentes Vorgehen.
Gleichzeitig dreht auch die Einwohnergemeinde Trimbach an den richtigen energetischen Schrauben, um Energie zu sparen. Martin Bühler, Gemeindepräsident der Einwohnergemeinde Trimbach erklärt: «Energie ist ein strategisches Thema. Klimaschutz ist das Gebot der Stunde. Da können wir als Gemeinde Trimbach nicht zurückstehen.» Gemeinsam mit EnAW-Beraterin Beatrice Schaffner wird der Gemeindebetrieb durchleuchtet und entsprechende Sparmassnahmen eruiert. Auch wenn der Energieverbrauch überschaubar ist, ist das Sparpotenzial gross.
«Energiesparen ist in aller Munde», sagt EnAW-Berater Angelo Lozza im Talk mit Henrique Schneider, dem stellvertretenden Direktor Schweizerischer Gewerbeverband sgv. Gemeinsam reden die beiden im Studio von FOKUS KMU über die Themen Mangellage, Kreislaufwirtschaft und Dekarbonisierung. Dass dabei kein Unternehmen zu klein und keine Herausforderung zu gross ist, erläutern die beiden im gemeinsamen Talk. «KMU haben ein Interesse, immer wieder Energie zu sparen», sagt Schneider. «Denn Energie ist teuer und was teuer ist, will man nicht verschwenden.»