Abwärme aus Fabriken: So wird sie nutzbar

In vielen Produktionsanlagen entweicht ein bedeutender Teil der Energie, die in Form von Gas, Heizöl oder Strom eingekauft wird, in die Atmosphäre – und zwar als heiße Abgase. Diese Wärme, die über den Schornstein aufsteigt, ist in Wirklichkeit eine Energiequelle, die innerhalb der Fabrik wieder genutzt werden könnte.

In Europa entfällt ein erheblicher Anteil des gesamten Energieverbrauchs und der CO₂-Emissionen auf die Industrie. Jeder nicht genutzte Grad in Öfen, Kesseln oder Trocknern erhöht die Energiekosten, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und den CO₂-Fußabdruck.

Dennoch ist die verlorene Wärme ein „unsichtbares“ Problem: Sie erscheint nicht in den Finanzbilanzen, belastet aber die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens.

Wo und wie geht Wärme in einer Industrieanlage verloren?

Kritische Verluststellen: Öfen, Dampfkessel und Trockner

Die Verlustquellen sind den Instandhaltungsverantwortlichen gut bekannt, werden jedoch nicht immer quantifiziert. Zu den wichtigsten zählen:

Prozessöfen (Metallurgie, Glas, Keramik, Lebensmittel), mit Verbrennungsgasen hoher Temperatur.

Dampfkessel zur Erzeugung von Wärmeenergie, die in der Anlage verteilt wird.

Trockner und Lackieröfen, die typischerweise in der Automobil-, Holz- oder Textilindustrie eingesetzt werden.

Abschlämmungen von Kesseln und Dampfnetzen, bei denen Wasser und Dampf mit hoher Enthalpie abgeführt werden.

Unzureichend isolierte heiße Oberflächen wie Leitungen, Armaturen oder Apparate ohne geeignete Dämmung.

Temperaturbereiche: geringe, mittlere und hohe Enthalpie

Nicht jede ungenutzte Wärme ist gleich. Um die passende Technologie zu wählen, empfiehlt es sich zu unterscheiden zwischen:

Niedrigtemperaturwärme (unter ~100 °C): geeignet zum Vorwärmen von Wasser, Luft oder für Heizungszwecke.

Mittlerer Temperaturbereich (100–400 °C): ermöglicht anspruchsvollere Anwendungen und sogar Stromerzeugung mit bestimmten Kreisläufen.

Hochtemperaturwärme (über 400 °C): sehr interessant zur Dampferzeugung oder zur Speisung von Kraftprozessen.

Temperatur und Volumenstrom der Gase bestimmen, ob es sinnvoller ist, die Wärme für Warmwasser, Prozessdampf oder zur Stromerzeugung zurückzugewinnen.

Wie man das Potenzial quantifiziert: Wärmeaudit und Energiebilanz

Bevor über Lösungen gesprochen wird, ist es unerlässlich zu messen. Ein gut geplantes Wärmeaudit umfasst:

Messung von Temperaturen und Volumenströmen der Abgase.

Berechnung der verfügbaren Wärmeleistung (kW) und der damit verbundenen Jahresenergie (MWh).

Identifizierung der internen Wärmeverbraucher, die mit dieser Energie versorgt werden können (Prozesswasser, Verbrennungsluft, Brauchwarmwasser, Klimatisierung usw.).

Auf dieser Grundlage wird eine Energiebilanz erstellt, mit der sich die Projekte mit dem größten Einfluss auf die Energieeffizienz der Anlage priorisieren lassen.

Wirtschaftliches und klimabezogenes Potenzial der Abwärme

Brennstoffeinsparung und Verringerung der CO₂-Emissionen

Jede Kilowattstunde zurückgewonnener Wärme ist eine Kilowattstunde, die nicht neu erzeugt werden muss. Dies führt direkt zu:

Geringerem Verbrauch von Gas, Heizöl oder Biomasse.

Proportionaler Verringerung der CO₂-Emissionen, die mit der Verbrennung verbunden sind.

Geringerer Anfälligkeit gegenüber der Volatilität der Energiepreise.

Vor dem Hintergrund zunehmend anspruchsvoller Klimaziele hat sich diese Lösung zu einem der wirksamsten Instrumente entwickelt, um industrielle Prozesse zu dekarbonisieren, ohne die Produktionskapazität zu verringern.

Typische Amortisationszeiten und Einflussfaktoren

Projekte zur Nutzung von Abwärme können Amortisationszeiten von zwischen zwei und fünf Jahren erreichen, auch wenn jeder Fall anders ist. Einfluss haben Faktoren wie:

Aktueller und erwarteter Brennstoffpreis.

Jährliche Betriebsstunden der Linie oder des Ofens.

Temperatur und Volumenstrom der verfügbaren Gase.

Erforderliche Zusatzanlagen (Pumpen, neue Schornsteine, Reinigungs- und Regelungssysteme).

Einfache Maßnahmen wie bessere Isolierung oder die Installation von Basiseconomisern weisen oft besonders kurze Amortisationszeiten auf. Komplexere Lösungen wie die Stromerzeugung erfordern höhere Investitionen, bringen aber langfristig zusätzliche Vorteile.

Technologien, um Schornsteinwärme in nutzbare Energie zu verwandeln

Wärmetauscher und Economiser: Vorwärmen von Luft, Wasser oder Prozessmedien

Der direkteste Ansatz besteht darin, Wärmetauscher oder Economiser am Abgasaustritt zu installieren. Damit lässt sich:

Die Verbrennungsluft eines Ofens oder Kessels vorwärmen.

Prozesswasser oder das Rücklaufwasser eines Dampfkessels erwärmen.

Kreisläufe für Brauchwarmwasser oder industrielle Heizung speisen.

Es handelt sich um robuste und vergleichsweise einfache Lösungen, die sich sehr gut als erster Schritt in einer Strategie zur Steigerung der Energieeffizienz eignen.

Abhitzekessel: Dampf aus heißen Abgasen erzeugen

Verfügt die Anlage bereits über ein Dampfnetz, ist der nächste Schritt die Installation eines Abhitzekessels (WHRB oder HRSG). Er nutzt die Wärme der Abgase, um Dampf zu erzeugen, ohne zusätzlichen Brennstoff zu verbrauchen oder den Bedarf an konventionellen Kesseln deutlich zu verringern.

Dieser Dampf kann Prozesse, Dampfturbinen oder Heizsysteme versorgen. Entscheidend ist, den Abhitzekessel so in das bestehende Netz zu integrieren, dass Sicherheit und Produktionskontinuität nicht beeinträchtigt werden.

ORC-Kreisläufe und andere Lösungen zur Stromerzeugung

Wenn die verfügbare Wärme in einem geeigneten Temperaturbereich liegt, können ORC-Kreisläufe (Organic Rankine Cycle) oder andere Technologien zur Stromerzeugung eingesetzt werden, um Elektrizität aus Abgasen von Öfen, Motoren oder Turbinen zu gewinnen.

Auch wenn der Wirkungsgrad der Umwandlung begrenzt ist, handelt es sich intern um erneuerbaren Strom. Er senkt den Netzbezug und kann die Nachhaltigkeit von Anlagen wie Zementwerken, Stahlwerken oder Anlagen zur energetischen Verwertung von Abfällen deutlich verbessern.

Industrielle Wärmepumpen und Wärmenetze

In Umgebungen mit Wärmebedarf auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ermöglichen industrielle Wärmepumpen, die Temperatur einer Abwärmequelle anzuheben und sie damit vielseitiger nutzbar zu machen.

Diese Lösungen lassen sich mit internen Wärmenetzen oder sogar mit Fernwärmenetzen kombinieren, sodass überschüssige Energie zur Klimatisierung von Büros, Lagern oder benachbarten Gebäuden genutzt werden kann.

Integration maßgeschneiderter Lösungen und die Rolle der Thermoingenieur:innen

Jede Fabrik ist anders: Produkte, Prozesse, Platzverhältnisse, spezifische Vorschriften, Arbeitszeiten, geplante Stillstände… Deshalb werden die besten Ergebnisse mit maßgeschneiderten Systemen zur Wärmerückgewinnung erzielt, die auf fundierter thermischer Ingenieurtechnik beruhen.

Auf dem Markt gibt es Unternehmen mit spezifischer Erfahrung auf diesem Gebiet, die den konkreten Fall analysieren und Lösungen zur Wärmeübertragung und Wärmerückgewinnung entwickeln, die an jeden Prozess angepasst sind.

Ein Beispiel ist aitesa.com/de/. Das Unternehmen ist in Projekten für unterschiedliche Industriezweige tätig. Akteure dieser Art bringen das notwendige Know-how ein, damit Investitionen sicher sind und die Leistung der Anlagen langfristig stabil bleibt.

Wie man beginnt: praktische Schritte für eine Fabrik, die ihre Abwärme nutzen will

Erste Bestandsaufnahme: Mindestdaten, die erfasst werden müssen

Für eine verantwortliche Person in der Produktion, die aktiv werden möchte, sind die ersten Schritte klar:

Temperaturen und Volumenströme der wichtigsten Emissionsquellen erfassen.

Festhalten, wann diese Quellen in Betrieb sind (Schichten, Kampagnen, Saisonalität).

Die aktuellen Wärmeverbräuche auflisten: Dampf, Warmwasser, Heißluft usw.

Mit diesen Informationen lässt sich bereits eine grobe Größenordnung des Einsparpotenzials abschätzen und eine erste wirtschaftliche Bewertung vorbereiten.

Auswahl der Chancen mit der besten Rendite

In der Praxis werden nicht alle Möglichkeiten gleichzeitig umgesetzt. Empfehlenswert ist es:

Mit Maßnahmen zu beginnen, die geringe Investitionen erfordern und einen starken unmittelbaren Effekt haben.

Ein oder zwei Pilotprojekte pro Linie oder Produktionsbereich auszuwählen.

Die Ergebnisse intern zu kommunizieren, um Vertrauen und Unterstützung aufzubauen.

Dieser schrittweise Ansatz erleichtert Entscheidungsprozesse und verringert Widerstände gegen Veränderungen in der Organisation.

Integration in den täglichen Betrieb und Instandhaltung

Jedes System zur Wärmerückgewinnung muss so integriert werden, dass Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage nicht beeinträchtigt werden. Das bedeutet:

Bypässe und sichere Betriebsarten für Stillstände oder Störungen vorzusehen.

Einfache Instandhaltungsroutinen mit gut zugänglichen Komponenten zu planen.

Überwachung und Regelung zu integrieren, um die Leistung sicherzustellen und Abweichungen frühzeitig zu erkennen.

Grenzen, Risiken und wie man sie beherrscht

Kondensation, Korrosion und Verschmutzung der Anlagen

Werden die Gase zu stark abgekühlt, können saure Kondensate entstehen, die Metalle in Wärmetauschern und Leitungen angreifen. Außerdem reduziert Verschmutzung durch Staub oder Partikel die Effizienz des Wärmeübergangs. Daher ist es entscheidend:

Mindesttemperaturen im Design einzuhalten.

Geeignete Werkstoffe für die chemischen Eigenschaften der Gase auszuwählen.

Reinigungs- und Inspektionsmöglichkeiten von Anfang an einzuplanen.

Lastschwankungen und Anlagenstillstände

Produktionslinien laufen nicht immer auf derselben Last. Ein überdimensioniertes Wärmerückgewinnungssystem kann einen großen Teil des Jahres weit entfernt vom optimalen Betriebspunkt arbeiten. Das Design muss berücksichtigen:

Die verschiedenen Szenarien für Last und Temperatur.

Die notwendige Flexibilität, um Stillstände und Produktionsumstellungen abzufangen.

Rechtlicher Rahmen und Sicherheitsanforderungen

Anlagen wie Abhitzekessel, Druckbehälter oder Wärmetauscher unterliegen Vorschriften der industriellen Sicherheit. Es ist wesentlich, die geltenden Regelwerke und Auslegungsstandards einzuhalten und über die erforderlichen Zertifizierungen zu verfügen. Eine sorgfältige Planung verhindert Probleme bei Prüfungen, Versicherungen und Audits.

Die Wärme, die heute noch ungenutzt durch den Schornstein entweicht, kann zu einer Quelle für Energieeinsparungen, Emissionsminderung und höhere Wettbewerbsfähigkeit werden. Die Technologie ist vorhanden, die Amortisationszeiten können vernünftig sein und die Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit der Anlage sind unmittelbar.

Der erste Schritt besteht darin zu verstehen, wo Energie verloren geht und wie viel sich zurückgewinnen ließe. Darauf aufbauend ermöglicht die Kombination aus Audit, sorgfältig ausgewählten technischen Lösungen und der Zusammenarbeit mit Spezialist:innen für thermische Ingenieurtechnik, sichtbaren Rauch in greifbare Ergebnisse für Unternehmen und Umwelt zu verwandeln.