5 Energiequellen, an die Sie noch nie gedacht haben

Jeden Tag wird überschüssige Wärme an die Umwelt abgegeben, was zur globalen Erwärmung beiträgt und die Chancen auf eine saubere Energieerzeugung zunichte macht. Möglichkeiten zur Rückgewinnung und Wiederverwendung finden sich z. B. in großen Industrieanlagen, aber auch in den Gängen Ihres örtlichen Supermarkts.

Es wird geschätzt, dass weniger als 30 % der auf dem Planeten verbrauchten Energie effizient umgewandelt wird. Der Rest wird in Form von Abwärme an die Atmosphäre abgegeben. Diese Abwärme verschmutzt nicht nur, sondern stellt auch eine verpasste Gelegenheit dar, grüne Energie zu gewinnen oder zumindest die energetische Effizienz zu erhöhen.

Je nach Technologie und Anwendung müssen die Temperaturen nicht übermäßig hoch sein, damit die Wärme aufgefangen und wiederverwendet werden kann. Daraus ergibt sich ein breites Spektrum an potenziellen überschüssigen Wärmequellen, die sich an so großen und komplexen Orten wie einem Industriepark, aber auch in Universitätshallen oder sogar in Haushalten finden lassen.

Hier sind fünf Energiequellen, an die Sie wahrscheinlich noch nicht gedacht haben. Sie haben jedoch ein großes Potenzial und es gibt noch viel Raum, um das Beste aus ihnen herauszuholen:

1. ZEMENTFABRIKEN

Nach Wasser ist Zement mit einem jährlichen Ausstoß von 4,2 Milliarden Tonnen die meistgenutzte Ressource der Welt. Bei der Herstellung werden gemahlener Kalkstein und Ton in Öfen gebrannt, die eine Temperatur von 1450°C erreichen, was die Zementindustrie zu einer enormen potenziellen Quelle für überschüssige Wärme macht.

In seinem Werk in der Stadt Souselas gewinnt CIMPOR-Indústria de Cimentos, Portugals größter Zementhersteller, bereits einen Teil der Prozessabwärme aus den Abgasen der Brennöfen zurück. Paulo Rocha, der Direktor für Innovation und Nachhaltigkeit des Unternehmens, ist jedoch der Meinung, dass es noch viele weitere unerforschte Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung in diesen Anlagen gibt. "Obwohl der Verbrennungsprozess in einem Zementofen einer der effizientesten ist, wird immer noch eine beträchtliche Menge an Wärme im Vorwärmturm, im Klinkerkühler oder sogar durch Abstrahlung verschwendet. Wir könnten die Effizienz noch weiter verbessern", sagt er. "Das Hauptproblem ist, dass die Amortisation dieser Investitionen typischerweise sehr lang ist und nicht mit den traditionell akzeptierten internen Renditezahlen für Investitionen übereinstimmt."

CIMPOR ist daran interessiert, die Wärmerückgewinnungsprozesse in Souselas zu optimieren, indem ein Teil dieser Wärme zur Erzeugung von elektrischer Energie für den internen Gebrauch oder das Netz genutzt wird, sowie die Chancen zu erkunden, ein Lieferant für andere Unternehmen oder Institutionen zu werden. In diesem Sinne wird die EMB3Rs-Plattform eine wichtige Rolle bei der Suche nach Synergien mit anderen Sektoren und kostengünstigen Lösungen spielen. "Dieses Projekt entwickelt ein Werkzeug, um ein Netzwerk zu entwerfen, das Senken (Verbraucher) mit Quellen entsprechend ihrer Verfügbarkeit und ihrem Bedarf verbindet", sagt Rocha. "Die Plattform ist aber auch deshalb interessant, weil sie uns erlauben wird, Möglichkeiten zu simulieren, die auf zukünftigen Technologien basieren. So lassen sich neue Technologien in Betracht ziehen, insbesondere solche, die mit der Verringerung von CO2-Emissionen verbunden sind".

2. KÜHLSCHRÄNKE IN SUPERMÄRKTEN

Abgesehen von Hühnern, Eiern und Milch könnte Ihr örtlicher Supermarkt auch eine saubere Energiequelle zum Heizen Ihres Hauses anbieten. Zumindest ist das eine der Möglichkeiten, die Forscher der Technischen Universität von Dänemark (DTU) in Kopenhagen im Rahmen des EMB3Rs-Projekts untersuchen.

Supermärkte müssen Kühlanlagen kontinuierlich betreiben, so dass die Kühlung mehr als die Hälfte ihres Stromverbrauchs ausmacht. Anstatt all diesen Strom dafür zu verwenden, Wärme von den Lebensmitteln fernzuhalten, könnte diese Wärme nicht für andere Energiebedürfnisse genutzt werden? Das dänische Unternehmen für Heizung und Kühlung, Danfoss, macht genau das mit Wärmerückgewinnungsanlagen, die 95 % der überschüssigen Wärme, die von Kühlanlagen in Supermärkten erzeugt wird, zurückgewinnen und an Fernwärmenetze weiterleiten. Eines der Unternehmen, das diese Technologie im Stadtteil Nordhavn einsetzt, wird im Mittelpunkt der DTU-Studie stehen und Daten liefern, um Simulationen durchzuführen und festzustellen, wie diese überschüssige Wärme von den Haushalten in der Gegend effizient wiederverwendet werden kann.

"Wir werden Daten aus dem Supermarkt und 30 Wohnungen in der Nähe analysieren, die Wärmeprofile für die überschüssige Wärme, Raumwärme und den Warmwasserverbrauch enthalten", sagt Tiago Sousa, ein Post-Doc-Forscher an der DTU, der an dem Projekt teilnimmt. "Wir planen zu berechnen, wie viel überschüssige Wärme von den Verbrauchern genutzt werden kann und wie profitabel dieser Austausch sowohl für den Supermarkt als auch für die Verbraucher wäre."

So kann die überschüssige Wärme, die von den Kühlanlagen in einem Supermarkt erzeugt wird, am Ende für die Raumheizung und die Warmwasserbereitung in Wohnungen genutzt werden, anstatt in die Atmosphäre abgegeben zu werden, wo sie zur globalen Erwärmung beiträgt. In Großbritannien zum Beispiel wird geschätzt, dass gewerbliche Kühlsysteme für etwa 12 % der Kohlenstoffemissionen des Landes verantwortlich sind. "Stellen Sie sich vor, wie viele Supermärkte wir in den Städten haben", sagt Sousa, "indem wir so viel Abwärme einfangen, wird dies zu einer wichtigen Maßnahme, um Energieeffizienz zu erreichen."

3. METALLGIESSEREIEN

Wie beim Zement gibt es auch beim Metallguss Prozesse, bei denen Temperaturen von mehr als 1000 °C herrschen, was große Möglichkeiten zur Wärmenutzung bietet. Eine der Fallstudien, in denen die EMB3Rs-Plattform getestet wird, ist eine Metallgießerei in Großbritannien, die derzeit über keine Wärmerückgewinnungssysteme verfügt und jedes Jahr 10,5 Gigajoule verschwendet. "Das entspräche der Energieversorgung von 30 Häusern pro Jahr", erklärt Stuart Bradley, Principal Engineer an der University of Warwick, der die Forschung leiten wird.

"Es handelt sich um eine Wärmequelle, die im Moment einfach in die Umwelt ausgestoßen wird. Es handelt sich um große Gussstücke von vielleicht acht bis zehn Tonnen, und man lässt sie einfach auf natürliche Weise abkühlen", erklärt Bradley. "Wir versuchen also, eine Methode zu entwickeln, mit der die Wärme aufgefangen werden kann, anstatt die Gussstücke nur mit Wasser oder Luft zu kühlen, und das EMB3Rs-Tool wird uns dabei helfen, den Wert dieser Wärme zu verstehen und herauszufinden, wo sie umgewidmet werden kann."

Es gibt zwei Arten von Gussstücken, eines aus Aluminiumbronze und das andere aus Stahl. Für die Herstellung beider Metalle sind sehr hohe Temperaturen erforderlich, so dass die Gussteile bis zu 1000 °C heiß sein können, wenn man sie abkühlen lässt. "Wir stellen den Wärmetauscher direkt über den Guss und blasen dann Luft aus dem Guss durch den Wärmetauscher", sagt Bradley. "In unserem Fall entscheidet die Gießerei also, ob sie die Abwärme zum Aufwärmen des Einsatzmaterials, also des Rohmaterials, das in den Ofen geht, wiederverwendet oder sie in Strom umwandelt, der dann im ganzen Land verteilt werden kann."

4. INDUSTRIELLE ABWÄRME

In Ländern mit hohem Einkommen ist der industrielle Sektor für 59 % des Wasserverbrauchs verantwortlich. Fabriken und Mühlen verwenden es zur Verarbeitung, zum Waschen, Verdünnen oder Kühlen. Dabei entsteht ein unerwünschtes Nebenprodukt, das Abwasser, das behandelt werden muss, wenn es umweltgerecht entsorgt werden soll.

In vielen Fällen ist die Temperatur dieses Abwassers jedoch hoch genug, um als Energiequelle zu dienen. "Wärme kann aus industriellem Abwasser über Wärmetauscher zurückgewonnen und vom Erzeuger zum Verbraucher übertragen werden", erklärt George Goumas, Senior Energy Expert am Centre for Renewable Energy Sources and Energy Saving (CRES). "Die technische und wirtschaftliche Machbarkeit der Umsetzung einer solchen Maßnahme hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab."

Die Temperatur, bei der Abwasser noch nutzbar ist, die Entfernung zwischen Anbieter und Verbraucher, die Kosten und die maximale Amortisationszeit sind einige der Faktoren, die Goumas' Team mithilfe der EMB3R-Plattform im zweiten Industriegebiet der Stadt Volos im Osten Griechenlands analysieren wird. "Wir werden die technische und wirtschaftliche Machbarkeit der Implementierung eines Wärmenetzsystems untersuchen, das die überschüssige Wärme, die von den Unternehmen in diesem Industriegebiet abgestoßen wird, an andere Unternehmen mit Wärmebedarf im selben Industriepark verteilt", sagt er. Es wird erwartet, dass die überschüssige Wärme in diesem Gebiet mit energieintensiven Industrien den lokalen Bedarf übersteigt; daher wird das Projekt auch die Chancen einer Erweiterung des Wärmeverteilungssystems auf eine nahe gelegene Stadt bewerten.

Goumas sagt, dass dies eine sichere Form des Recyclings von nicht mehr benötigten Heißwasserindustrien ist. "Es besteht kein Risiko für die menschliche Gesundheit, da die von den Wärmequellen erzeugte Abwärme über Wärmetauscher an das Rohrleitungsnetz der Wärmeverteilung übertragen wird. Die Abwärme kommt nicht mit dem Wasser des Wärmeverteilungsnetzes in Berührung, da der Wärmeaustausch in geschlossenen Kreislaufwärmetauschern erfolgt".

5. MÜLLVERBRENNUNGSANLAGEN

Die Verbrennung kann dazu beitragen, das Volumen des auf Deponien zu entsorgenden Abfalls um bis zu 90 % zu reduzieren. Außerdem ist es ein sicherer Weg, um gefährliche Rückstände loszuwerden. Aber haben Sie schon einmal daran gedacht, dass es sich dabei um eine Form der Stromerzeugung und Wärmebereitstellung handelt?

In Norwegen ist dies eine sehr verbreitete Praxis, da sich die Fernwärmenetze dort stark auf die überschüssige Wärme aus der Müllverbrennung stützen. Obwohl es in wärmeren Ländern wie Portugal noch selten ist, wo es nur ein Gebiet gibt, das ein Fernwärme- und -kältesystem (DHC) hat: Parque das Nações, in Lissabon. Aber das könnte sich bald ändern. Das DHC im Parque das Nações ist trotz einer hocheffizienten Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlage noch weitgehend von einem konventionellen Brennstoff abhängig, erklärt João Castanheira, CEO von Climaespaço, dem Unternehmen, das die Anlagen betreibt. "Wir müssen bessere Alternativen finden, und eine der interessantesten Optionen ist die Nutzung der überschüssigen Wärme aus einer Müllverbrennungsanlage, die sich nicht weit von unserem Grundstück befindet", sagt er.

"Sie verbrennen Abfall in einem Kessel, der Dampf erzeugt, und nutzen den Dampf, um eine Turbine anzutreiben. Ein Teil des Dampfes könnte in einen Wärmetauscher geleitet werden, wo sie heißes Wasser erzeugen, das uns Energie liefert", erklärt Castanheira. Er glaubt, dass dieser Prozess bis zu 90 % des Wärmebedarfs der DHC decken könnte, die insgesamt 40 Gigawattstunden pro Jahr an viele Unternehmen, öffentliche Gebäude und 3.000 Haushalte verkauft, die an ihr 21 Kilometer langes Netz angeschlossen sind. Aber Climaespaço ist auch auf der Suche nach anderen potenziellen Lieferanten. "Die Verbrennungsanlage ist eine gute Möglichkeit, aber wir verlassen uns darauf, dass EMB3R uns hilft, andere Quellen für überschüssige Wärme zu finden, wie zum Beispiel Industrieanlagen in der Nähe", sagt Castanheira.

Die Nutzung all dieser versteckten überschüssigen Energiequellen wird helfen, die Energiewende voranzubringen und eine Menge CO2 einzusparen.

Autorin: Stefania Gozzer