Studie „Flexibilitätsoptionen in der Grundstoffindustrie II – Analysen, Technologien, Beispiele“ erschienen

Die Prozesse der Grundstoffindustrie sind für einen Großteil des industriellen Energie- und Stromverbrauchs in Deutschland verantwortlich. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Kopernikus-Projekt SynErgie untersucht die Flexibilität von Industrieprozessen, um den industriellen Energieverbrauch auf die Herausforderungen der Energiewende vorzubereiten und die die Industrie zu einem Partner bei der Integration der erneuerbaren Energien zu machen. Ein Arbeitspaket hat nun den zweiten Teil einer umfassenden Studie zu den Flexibilitätsoptionen in den Prozessen der Grundstoffindustrie veröffentlicht.

In enger Zusammenarbeit haben die Forschungseinrichtungen der Branchen und die akademischen Partner Potenziale und Technologien der untersuchten industriellen Prozesse im Bereich der Hybridisierung, Wärmespeicher und grünen Gasen analysiert. Die FfE entwickelte im Rahmen des Projektes eine Methodik zur konsistenten Erhebung der Flexibilitätspotenziale durch die Hybridisierung von industriellen Prozessen. Des Weiteren erhob die FfE das konkrete Potenzial der Lastflexbilisierung was in einer möglichen Hybridisierung der industriellen Wärmenetze in Deutschland besteht. Die Methodik der Anforderungsprofile aus dem ersten Teil der Untersuchung wurde auf das Thema Gase erweitert.

Eine allgemeingültige Methode zur Identifikation geeigneter elektrischer Heizverfahren zur Hybridisierung von Prozessen der Grundstoffindustrie wurde entwickelt und auf Schlüsselproduktionsprozesse angewandt. Die Methode erwies sich als zielführend. Die Potenziale in den untersuchten Branchen unterscheiden sich erheblich. Während die technologischen Hemmnisse für einen Einsatz dieser Technologien in der Glas- und Zementindustrie groß sind, könnte eine hybride Beheizung in der Papierindustrie umgesetzt werden. Neben einer Hybridisierung der branchenspezifischen Prozesse könnten industrielle Wärmenetze hybridisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass hierdurch bei einem Einsatz von Wärmepumpen eine voll flexible Stromlast in die Energiewirtschaft integriert werden könnte, die etwa 10 % der mittleren deutschen Stromnachfrage entspricht.

Ein weiterer Ansatz über den Wärmebedarf der Industrie Flexibilität in das Energiesystem der Zukunft zu bekommen ist der Einsatz von elektrisch beheizten Speichern. Hierdurch kann eine zeitliche Entkopplung der Wärmeerzeugung und nutzung erreicht werden. Für die Grundstoffindustrien sind prinzipiell verschiedene Anwendungen denkbar. Die größten Potenziale bestehen in der Prozessdampfbereitstellung in der chemischen Industrie und in der Prozesswärmebereitstellung in den Aggregaten der Feuerfestindustrie.

Eine ganz andere Art von Flexibilitätsanforderung kann auf die Grundstoffindustrie durch den Einsatz von synthetischen Gasen zukommen. Zu den betrachteten Gasen zählen elektrolytisch erzeugter Wasserstoff, synthetisches Methan und Biomethan. Letztere sind mit der bestehenden Infrastruktur kompatibel. Wenn jedoch Wasserstoff in das bestehende Erdgasnetz eingespeist wird, käme es zu Änderungen der Gaszusammensetzung. Eine Veränderung des Gasgemischs wird für industrielle Gasnutzer als gut beherrschbar eingeschätzt, wenn sie zeitlich konstant ist, technisch beherrschbar, wenn sie zeitlich planbar variieren und als sehr schwer technisch beherrschbar, wenn die Änderungen der Gaszusammensetzung zeitlich nicht planbar variieren.

Die Untersuchung zeigt somit, dass der Einsatz von hybrider Wärmebereitstellung, thermischen Speichern und synthetischen Brenngasen weitere Flexibilitätspotenziale in den Thermoprozess-basierten Grundstoffindustrien eröffnet, die den eigentlichen Thermoprozess wenig beeinflussen. Aber auch hier bestehen technische, organisatorische und ökonomischer Hemmnisse, die einer Einführung dieser Technologieoptionen zunächst entgegenstehen. An konkreten Beispielen aus den untersuchten Branchen konnte mittels Simulationen gezeigt werden, dass es Bereiche gibt, bei denen das Anbieten von Flexibilität betriebswirtschaftlich sinnvoll ist. Allerding kann dies bereits bei leichten Änderungen von Strompreisbestandteilen und Investitionskosten nicht mehr gelten. Die Untersuchungen von konkreten Prozessen in den Branchen Stahl, Chemie, Zement, Glas und Feuerfest brachten neue Erkenntnisse zu Hemmnissen, technischen Lösungen und Rückwirkungen mit dem Energiesystem. Hybridisierungen, Einsatz von thermischen Speichern und Wasserstoff sind in ausgewählten Bereichen technisch machbar und könnten somit die Prozesse der Grundstoffindustrie zum Partner bei der Integration von erneuerbaren Energien in das Energiesystem machen.

Die Untersuchung zeigt aber auch, dass es noch weiterer Forschung & Entwicklung und in der Umsetzung ökonomischer Anreize bedarf.