SI/502298

Schlussbericht

Bei den Bestrebungen der Industrie zur Dekarbonisierung spielen Prozessintegration, Energieumwandlung und erneuerbare Technologien eine entscheidende Rolle. Wenn man sich jedoch ausschließlich auf diese Technologien verlässt, kann eine tiefgreifende Dekarbonisierung aufgrund der inhärenten Ineffizienzen herkömmlicher Versorgungssysteme oft nicht erreicht werden. In vielen Industriesektoren sind die Versorgungssysteme so ausgelegt, dass sie den höchsten Temperaturanforderungen gerecht werden, was oft zu erheblichen Exergieverlusten führt. DeCarb-PUI (Decarbonization of Industrial Processes through Redesign of the Process-Utility Interface) befasst sich mit diesen Ineffizienzen, indem es die Schnittstellen zwischen Prozessen und Versorgungssystemen neu gestaltet, um eine höhere Energieeffizienz zu erreichen, Exergieverluste zu verringern und eine weitgehende Dekarbonisierung zu ermöglichen. DeCarb-PUI legt den Schwerpunkt auf die Exergie-Effizienz - eine entscheidende Kennzahl in ressourcenbeschränkten Branchen - und nicht auf reine Energieeinsparungen. Herkömmliche Versorgungssysteme, wie z. B. Mitteldruckdampfnetze, führen häufig zu einer ineffizienten Ressourcennutzung, da Energieversorgung und Prozessanforderungen nicht aufeinander abgestimmt sind. Durch ein Umdenken bei der Wahl/Auslegung der Vorlauftemperaturen und die Integration fortschrittlicher Technologien wie Wärmepumpen bietet DeCarb-PUI Lösungen, die die Wärmeübertragung optimieren, die Energieverschwendung reduzieren und eine nachhaltige Energienutzung fördern. Dieser Ansatz wird durch die Einbeziehung von Partnern aus der Prozessindustrie und von Anlagenherstellern umgesetzt. Dieser Bericht bietet eine praxis-orientierte Methodik, um industrielle Interessengruppen und Anlagenhersteller durch das Dekarbonisierungspotenzial der PUI-Neugestaltung zu führen. Er zeigt, wie mit der in DeCarb-PUI entwickelten Methodik eine größere Wärmerückgewinnung, eine verbesserte Energieeffizienz und eine höhere Rentabilität erreicht werden können. Der Kern von DeCarb-PUI liegt in seinem integrierten Ansatz, der aus drei Schlüsseltechniken besteht: • Pinch-Analyse: Rahmen für die Datenextraktion der Heiz- und Kühlbedarf in verschiedenen Prozessen, um optimale Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung zu bestimmen, • Exergie-Analyse: Quantifizierung von Ineffizienzen in Energiesystemen mit Schwerpunkt auf Verlusten auf verschiedenen Ebenen wie thermodynamische Anforderungen, technologische Anforderungen und Energieversorgung, • Technoökonomische Analyse: Bewertung der Kosteneffizienz der vorgeschlagenen Maßnahmen unter Verwendung von Kennzahlen wie den CO2-Vermeidungskosten, um wirksame und wirtschaftlich tragfähige Lösungen zu ermitteln. DeCarb-PUI betrachtet diese Verluste ganzheitlich, ermittelt, wo die größten Ineffizienzen auftreten, und entwickelt maßgeschneiderte Lösungen, um diese zu beheben. Je nach Anlage können die Lösungen auf drei Integrationsebenen angewendet werden: • Lokal: Lösungen, die sich auf einen einzigen Prozess konzentrieren, • Cluster: Ein „Cluster“ von Prozessen wird über einen einzigen Zwischenkreislauf versorgt, • Gesamter Standort: Lösungen, die den Energiebedarf einer gesamten Anlage abdecken. Der Mehrwert der Exergieanalyse liegt in ihrer Fähigkeit, die Energieversorgung mit dem Prozessbedarf abzustimmen, das Dekarbonisierungspotenzial zu quantifizieren und umsetzbare Erkenntnisse für die Prozessumgestaltung zu liefern. Die DeCarb-PUI-Methode wird auf zwei Fallstudien angewendet: eine industrielle Molkerei und eine Tierfutterfabrik. Die Anwendung auf die Molkerei ergab, dass die Bereitstellung von Heißwasser zwischen 50-100 °C die Exergieverluste um bis zu 46 % und die CO2-Emissionen um bis zu 66 % reduzieren kann. Eine zentralisierte Wärmepumpe für einen Cluster von Prozessen mit Zwischenkreisläufen erwies sich als die kosteneffizienteste und technisch praktikabelste Lösung basierend auf der CO2-Vermeidungskosten. DeCarb-PUI bietet eine robuste Methodik für den nachhaltigen industriellen Wandel, die es der Industrie ermöglicht, eine tiefgreifende Dekarbonisierung, verbesserte Energieeffizienz und wirtschaftliche Machbarkeit zu erreichen. Durch die Anwendung dieser Methodik können industrielle Akteure Nachhaltigkeitsziele mit praktischen und finanziellen Erwägungen in Einklang bringen und einen Maßstab für energieeffiziente und kohlenstoffarme Betriebe setzen.