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.
Holz gehört zu den ältesten Baustoffen der Menschheit. Schmuck, Werkzeuge, Fortbewegungsmittel und sogar Häuser von erstaunlicher Robustheit wurden seit jeher auch aus Holz gefertigt. Der Umgang will jedoch gelernt sein, denn Holz als lebendiger Werkstoff verändert sich je nach Umweltbedingung in verschiedene Richtungen. Ein echter Profi in Sachen Holzverarbeitung ist SWISS KRONO.
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Holz gehört zu den ältesten Baustoffen der Menschheit. Schmuck, Werkzeuge, Fortbewegungsmittel und sogar Häuser von erstaunlicher Robustheit wurden seit jeher auch aus Holz gefertigt. Der Umgang will jedoch gelernt sein, denn Holz als lebendiger Werkstoff verändert sich je nach Umweltbedingung in verschiedene Richtungen. Ein echter Profi in Sachen Holzverarbeitung ist SWISS KRONO. Das 1966 im luzernischen Menznau gegründete Unternehmen entwickelt seit über 50 Jahren industriell gefertigte Holzwerkstoffe von höchster Qualität. Die SWISS KRONO AG ist das Mutterwerk der international tätigen SWISS KRONO Group, welche seine Produkte in 120 Ländern vertreibt und im Jahre 2020 über zwei Milliarden Umsatz erwirtschaftete. Die Produkte der SWISS KRONO Group reichen von dekorativen Erzeugnissen für den Möbel- und Innenausbau («Interiors») über leistungsfähige Holzbaustoffe («Building Materials») bis hin zu Laminat in vielfältiger Ausprägung («Flooring»). Der Schweizer Standort SWISS KRONO AG ist auf die Bereiche «Interiors» und «Flooring» spezialisiert und hebt sich seit Jahren nicht nur in der Gruppe, sondern auch weltweit durch ihre Innovationen hervor.
Eine dieser Innovationen ist BE.YOND, die wohl weltweit umweltfreundlichste Spanplatte. «Dieses Produkt ist so besonders, weil es zu fast 100 Prozent aus nachhaltigen Stoffen besteht», erklärt Roger Braun, Standortleiter des Menznauer Werks. Denn nicht nur gewährt die Herstellung die nahezu komplette Nutzung eines Baumstammes, sondern auch der von SWISS KRONO eigens entwickelte Klebstoff ist organisch basiert. BE.YOND ist in seiner gesamten Herstellung besonders CO2-arm und erfüllt darüber hinaus höchste Anforderungen an die Raumqualität – wahrlich ein Gewinn für Mensch und Umwelt.
Auf eine nachhaltige Ressourcennutzung wird bei SWISS KRONO AG grossen Wert gelegt. Priorität hat der effiziente und auf Dauer bewahrende Umgang mit Holz. Rohstoffe bezieht das Unternehmen ausschließlich aus nachhaltiger Forstwirtschaft – und zwar möglichst lokal, um Transportwege zu minimieren. Grössere Distanzen werden vorrangig auf Schienen zurückgelegt. In der Produktion wird auf modernste Produktionsprozesse mit höchsten Effizienzstandards gesetzt. So auch in der Planung der Produktion. Kein einfaches Unterfangen in einem Betrieb, der 24 Stunden sieben Tage die Woche ausgelastet ist.
SWISS KRONO setzt in Sachen Nachhaltigkeit an drei Punkten an: Energieträger, Energieeffizienz und Ressourcen. Zur Herstellung der Produkte bedarf es viel thermischer Energie – etwa beim Pressen von Spanplatten oder bei der Trocknung von Holzschnitzeln. Statt der Verwendung fossiler Brennstoffe wie Erdöl und Erdgas heisst das Zauberwort hier Biomasse. SWISS KRONO hat eine eigene Recyclinganlage, in der Altholz und Holzabfälle sorgfältig sortiert werden und wo immer möglich, für die Produktion neuer hochwertiger Platten wiederverwendet wird. Material, das nicht wiederverwendet werden kann, wird in der hauseigenen Biomasseanlage verbrannt. So wird ein Grossteil der benötigten thermischen Energie – rund 90 Prozent – klimaneutral aus erneuerbaren Quellen gewonnen.
Um Energie effizienter zu nutzen, wurde unter anderem bei der Herstellung von Faserplatten eine Stopfschnecke integriert. Nach dem Kochprozess wird Wasser aus den Hackschnitzeln gepresst, sodass im Nachhinein weniger Energie für die Trocknung benötigt wird. Zuvor wurde der gesamte Wassergehalt mittels Hitze verdunstet. Zudem werden alle Maschinen mittels Frequenzregler optimal herauf- und heruntergefahren, ganz nach Bedarf.
In Sachen Ressourcen heisst es ebenfalls: Kreisläufe schliessen. In der MDF-Plattenproduktion werden überschüssige Fasern rückgeführt und wieder in den Produktionsprozess integriert.
Der Massnahmenkatalog, den SWISS KRONO im Hinblick auf Nachhaltigkeit bereits umgesetzt hat, kennt Massnahmen von A bis Z. Mit ihrem Latein ist SWISS KRONO aber noch lange nicht am Ende. Um dem Netto-Null-Ziel noch einen Schritt näher zu kommen, wird SWISS KRONO den gesamten Betrieb demnächst einer Analyse unterziehen und damit mögliche Verbesserungspotenziale ausmachen – eine runde Sache für die Umwelt, SWISS KRONO und ihre Kunden.
Die Produkte von Bell lassen sich aus den Regalen unserer Supermärkte kaum wegdenken. Grillbegeisterte, Hobby-Köche, Gourmets – für alle ist etwas dabei. Bell wurde vor mehr als 150 Jahren als kleine Metzgerei in der Basler Innenstadt gegründet.
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Die Produkte von Bell lassen sich aus den Regalen unserer Supermärkte kaum wegdenken. Grillbegeisterte, Hobby-Köche, Gourmets – für alle ist etwas dabei. Bell wurde vor mehr als 150 Jahren als kleine Metzgerei in der Basler Innenstadt gegründet. Heute ist das Unternehmen die Nummer Eins auf dem Schweizer Fleischmarkt und ein bedeutender Anbieter von Charcuterie-Spezialitäten und Geflügelprodukten in Europa.
Themen rund um Nachhaltigkeit stehen bei Bell nicht erst seit heute auf dem Plan. Die Produktqualität, das Tierwohl sowie der Ressourcenverbrauch spielen ebenso eine wichtige Rolle wie Engagements in Sachen Klima- und Umweltschutz oder gegenüber der Gesellschaft. Die Bell Schweiz AG rezykliert heute ungefähr 86 Prozent seiner Abfallstoffe. Ein grosser Teil der Nebenprodukte, die nicht für die menschliche Ernährung geeignet sind, wird in der Pet-Food-Industrie zu Tiernahrung weiterverarbeitet. Andere biologische Reststoffe werden zu Biogas oder zu Biodiesel umgewandelt. Aber auch bei den Produktionsprozessen wird auf nachhaltige Methoden Wert gelegt.
Im Geflügelverarbeitungsbetrieb in Zell bei Luzern wurden bereits im Zeitraum von 2010 bis 2015 verschiedene Projekte zur Abwärmenutzung umgesetzt, sodass im Jahr 2015 rund 50 Prozent des Wärmebedarfs durch Abwärme gedeckt werden konnte. 2016 folgte mit Unterstützung der EnAW eine ausführliche Pinch-Analyse. Daraus erfolgte die Installation einer Hochdruckwärmepumpe – eine nicht nur nachhaltige, sondern auch wirtschaftlich sinnvolle Massnahme, wie Dominik Elsasser, Betriebsleiter am Standort Zell, betont. Darüber hinaus wird ab 2022 mit der überschüssigen Abwärme auch das Schulhaus und die Turnhalle der Gemeinde Zell mit der nötigen Wärmeenergie versorgt.
Veränderungen im Energiebereich anzustossen braucht Mut und Köpfchen. So zeigte die Nachfrage nach Convenience-Food seitens der Konsumentinnen und Konsumenten in den letzten Jahren steil nach oben, was Bell aus energetischer Sicht vor neue Herausforderungen stellte. Denn die Luft, die von den Fritteusen aufsteigt, muss gereinigt werden, bevor diese in die Umgebung gelangt. Die damit verbundene konventionelle Methode der thermischen Nachverbrennung war durch den enorm hohen Energie- und damit auch Heizölverbrauch teuer und wenig nachhaltig. Ein neues Filtersystem schaffte hier als effiziente Reinigungsmöglichkeit Abhilfe. Diese Massnahme, kombiniert mit weiteren Optimierungen sowie der Installation einer Hochdruckwärmepumpe ermöglicht es Bell heute rund 300 000 Liter Heizöl pro Jahr einzusparen. Ein Erfolg, der das Unternehmen einen guten Schritt weiter in Richtung Netto-Null-Ziel bringt – und sich auszahlt.