Mit erneuerbaren Energien betriebene Hochtemperatur-Wärmepumpen sind die günstigste Option für Industriedampf

Eine neue Studie aus Österreich hat verschiedene industrielle Wärmeerzeugungstechniken verglichen und herausgefunden, dass wind- oder solarbetriebene Wärmepumpen die günstigste und umweltfreundlichste Lösung sind.

Ein Forschungsteam an der Johannes Kepler Universität Linz in Österreich hat vorgeschlagen, dass politische Entscheidungsträger Industrieprojekte, bei denen Wärmepumpen zur Dampferzeugung eingesetzt werden, mit einem Tarif von 3 € (3.2 $) pro Gigajoule (GJ) subventionieren. Das ist das Ergebnis einer Preisanalyse der Umweltauswirkungen verschiedener Dampftechniken, die ergab, dass Wärmepumpen, die mit erneuerbarer Energie arbeiten, am kostengünstigsten sind. „Unter Berücksichtigung der über die Lebensdauer der Anlage produzierten 43.20 Terajoule (TJ) könnte ein Zuschuss von 129,600 Euro gezahlt werden“, erklärten die Forscher.

Obwohl sich die Forschung auf Windenergie als erneuerbare Stromquelle konzentriert habe, sagte Co-Autor Lukas Zeilerbauer pv Magazin dass die Nutzung von Solarenergie zu sehr ähnlichen Ergebnissen führen sollte. „PV hat im Allgemeinen einen höheren Einfluss auf das globale Erwärmungspotenzial als Windkraft, aber natürlich immer noch viel geringer als fossile Energieträger“, sagte er. „Die PV weist einen Schattenpreis von 1.46 € (1.58 $) auf, ist also fast derselbe wie Wind.“

In dem Artikel „Lebenszyklusbewertung und Schattenkosten von Dampf, der von einer Hochtemperatur-Wärmepumpe in Industriegröße erzeugt wird“, veröffentlicht in Nachhaltige Produktion und Verbraucherklärten die Wissenschaftler, dass sie Ökobilanzen (LCA) nutzten, um verschiedene im industriellen Maßstab eingesetzte Dampferzeugungstechniken, einschließlich Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTHPs), zu vergleichen. Andere Techniken zur Dampferzeugung umfassen Dampf-Biogas-Prozesse, Prozesse aus fester Biomasse und andere Prozesse auf Basis von Erdgas und leichtem Heizöl.

Die Forscher betrachteten zwei unterschiedliche Szenarien, eines, bei dem Dampf mit 2 Bar Druck erzeugt wird, und eines mit 5 Bar Druck. Für beide Szenarien wurde die Nutzung von Wind- oder Netzstrom berücksichtigt.

„Das Problem bei LCA-Methoden besteht darin, dass sie in der Regel aus mehr als zehn Schadenskategorien bestehen und daher unterschiedliche Ergebnisse für unterschiedliche Bereiche ergeben und es schwierig ist, Gewichtungsfaktoren zwischen diesen sehr unterschiedlichen Ergebnissen zu finden“, erklärte die Forschungsgruppe. „Experten haben jedoch schon früh vorgeschlagen, Geldwerte zu verwenden. Einer dieser Ansätze ist der Schattenpreis, dem die Idee zugrunde liegt, dass eine Regierung, die ihr Volk vertritt, letztendlich Umweltschäden „reparieren“ muss und daher daran interessiert ist, diese Kosten zu mindern.“

Es überrascht nicht, dass die Wissenschaftler herausfanden, dass die Kombination von Wärmepumpen mit Windkraft die niedrigsten Kosten verursacht: 1.44 € pro GJ im 2-Bar-Szenario und 2.24 € im 5-Bar-Szenario. Die Umstellung der Windenergie auf den spanischen Netzmix hat zu LCA-Preisen von 3.83 € bzw. 6.23 € geführt. Im Vergleich dazu hatte die Nutzung fester Biomasse für den Dampfprozess einen Umweltpreis von 17.2 € pro GJ und leichtes Heizöl kostete 9.81 €.

Bei genauerer Betrachtung der Umweltauswirkungen der verschiedenen Methoden hat die Forschung herausgefunden, dass sich im besten Fall die Treibhausgasemissionen um 98 % reduzieren lassen. Andere Umweltmaßnahmen zeigten jedoch gemischtere Ergebnisse, da beispielsweise die toxizitätsbezogenen Ergebnisse zwischen den Wärmepumpen und den Benchmarks schwankten.

„Eine unerwartete Erkenntnis war, dass das Arbeitsmedium und seine Leckage keinen wesentlichen Beitrag zum globalen Erwärmungspotenzial leisteten, sondern fast ausschließlich für das Ozonabbaupotenzial verantwortlich waren“, betonten die Forscher. Sie gingen von der Verwendung von R134a als Arbeitsflüssigkeit aus, da dies das einzige ist, für das in der wissenschaftlichen LCA-Literatur Informationen verfügbar sind.

Das in dieser Studie untersuchte HTHP war für den Einsatz in der Beizlinie eines Stahlwerks in Spanien konzipiert. Es verfügt über eine Nennwärmeversorgungsleistung von 250 kW und umfasst einen speziell entwickelten Entspannungsbehälter zur Dampferzeugung sowie eine Umwälzpumpe.

„Obwohl die in dieser Studie betrachtete dampferzeugende Wärmepumpe für den Einsatz in der Endfertigung eines Stahlwerks konzipiert wurde, können die Ergebnisse dieser Studie auf viele andere Industriezweige übertragen werden, da Dampf ein universeller Wärmeträger für viele Industriezweige ist.“ Prozesse“, erklärten die Wissenschaftler. „Diese Wärmepumpe könnte in jedem anderen Prozess eingesetzt werden, der Niederdruckdampf von bis zu 5 bar erfordert.“

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Quelle aus pv Magazin

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