Forschung für eine energieeffiziente Industrie

Rund 30 Prozent des Endenergieverbrauchs entfallen in Deutschland auf die Industrie. Um die Energieeffizienz zu steigern, entwickelt die Forschung einzelne Technologien weiter und optimiert gesamte Wertschöpfungsketten.

Leistungsstarke und damit international wettbewerbsfähige Industrien sind eine Basis für Wachstum und Beschäftigung in Deutschland. Dafür braucht die Industrie jedoch Energie. Wird diese gewonnen, werden Emissionen freigesetzt, die dem Wachstum Grenzen setzen.  Deshalb nehmen Energieeffizienz und Erneuerbare Energien für den Sektor eine Schlüsselrolle in der Energiewende ein.

Energie ist für die Industrie ein wichtiger Kostenfaktor und beeinflusst die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Nach Mineralöl, Kohle und Gas ist Strom der wichtigste Energieträger der Industrie. Sein Anteil steigt mit der Elektrifizierung industrieller Prozesse, der Integration erneuerbarer Energien sowie neuen Infrastrukturen. In Deutschland bezahlte der Sektor Industrie 2016 rund 36 Milliarden Euro für Energie, etwa zwei Drittel davon für Strom.

Energieverbrauch in der Industrie

Zwei Drittel des Endenergieverbrauchs entfallen im industriellen Sektor auf Prozesswärme. Mechanische Energie, zum Beispiel für den Betrieb von Motoren oder Maschinen, sorgt für circa ein Viertel des Verbrauchs, Raumwärme hat nur einen kleinen Anteil. Im Sektor Gewerbe, Handel und Dienstleistungen macht diese immerhin die Hälfte des Endenergieverbrauchs aus. Gleichzeitig ist hier der Stromanteil am höchsten, was beispielsweise auf den Einsatz für Beleuchtung und mechanische Energie zurückzuführen ist.

Industrieanlagen, Prozesse und Maschinen sollen energieeffizienter, CO₂-ärmer und flexibler werden, damit der Sektor möglichst treibhausgasneutral und dabei auch noch wirtschaftlich arbeiten kann. Neue Prozesse und Materialien können dazu beitragen, die Energieeffizienz zu erhöhen. Schon ein optimierter Motor, ein Antrieb oder eine Pumpe können bereits nennenswerte Effekte erzielen.

Neue oder veränderte Fertigungsschritte können ungleich größere energetische Vorteile bringen – die nötigen Veränderungen bedeuten. Sie bringen jedoch auch das Risiko eines Qualitätsverlusts in der Produktion mit sich, dem mit der Energieforschung begegnet wird. Auf dem Weg der Energieeffizienz ist es vielleicht nötig, Verfahren zu verkürzen oder einzelne Schritte miteinander zu vernetzen. Neue Mess-, Steuer- und Regelungstechniken oder etwa Leichtbaustrategien sind weitere mögliche Forschungsansätze.

Erneuerbare Energien und Sektorkopplung in der Industrie

Eine andere Herangehensweise, Industrieprozesse CO₂-neutraler zu gestalten, ist der Wechsel zu erneuerbaren Energien als Quelle für die benötigten Prozessenergien. Ein Ziel der Energieforschung ist es, den Einsatz von Strom aus erneuerbaren Energiequellen in der Industrie flexibler und weiter auszubauen. Unternehmen können so auf Schwankungen reagieren oder das Stromnetz aktiv stabilisieren.

Gleichzeitig profitieren sie von günstigeren Preisen, wenn sie die Produktion bei einem Überangebot an grünem Strom hochfahren beziehungsweise bei einem niedrigen Angebot drosseln. Auch auf diese Weise verbessern Unternehmen ihre Klimabilanz.

Nicht nur der Ausbau der erneuerbaren Energien erfordert ein Umdenken im Energiesystem. Auch die sektorenübergreifenden Verbindungen von Strom, Wärme und Verkehr spielen künftig eine immer größere Rolle. Für die Industrie bedeutet die Sektorkopplung eine ganzheitliche Sichtweise einzunehmen, in der die Treibhausgas-Minderungs- und Effizienzpotenziale nicht mehr klar einzelnen Akteuren zuzurechnen sind. Forschung und Entwicklung sind hier gefragt, die benötigten neuen Technologien zu entwickeln und anzuwenden.

Ein naheliegendes und vielfach genutztes Beispiel ist die Nutzung von Restwärme aus industriellen Prozessen als Wärmequelle, um Gewerbeflächen oder Wohngebäude zu beheizen und so den Einsatz von fossilen Energieträgern zu verringern. Mit neuen Verfahren und Steuerungsmöglichkeiten können auch bisher unwirtschaftliche Einsatzmöglichkeiten erschlossen werden.

Energieeinsatz in seiner Gesamtheit analysieren und verbessern

Während in den vergangenen Jahren Effizienzsteigerungen durch Optimierung einzelner Technologien und Prozesse erzielt werden konnten, muss die Forschung heute systemübergreifend denken. Sie betrachtet dafür die Energiebilanz gesamter Wertschöpfungsketten und Lebenszyklen: von den Rohstoffen bis hin zu den fertigen Produkten.

Forschende wollen die für Prozessketten benötigte Energie reduzieren, ohne dass die Produkte an Qualität verlieren. Dabei stellt die Digitalisierung die Werkzeuge bereit, um mit den anfallenden Datenmengen umzugehen und kostengünstig energieoptimierte Lösungen zu finden, die idealerweise auch vom Einzelunternehmen in die Breite der Branche übertragen werden können.

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