Aufwertung von Abwärme zu Prozesswärme für verschiedene Industrien (From Waste Heat to Process Heat) – W2PHeat

ZIEL: Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, den wirtschaftlichen Einsatz von Wärmepumpen in der Industrie zu demonstrieren. Es soll eine neue Technologie (Hochtemperatur-Wärmepumpe – HT HP) entwickelt werden, die darauf abzielt, Prozesswärme durch die Nutzung von unvermeidbarer Abwärme aufzuwerten. Die Bereitstellung dieser Technologie könnte eine Schlüsseltechnologie zur Verringerung des Abwärmeüberschusses in die Umwelt und zur Senkung des Energiebedarfs in energieintensiven Industrien wie Zellstoff und Papier, Lebensmittel, Ziegel, Chemie und Textil sein.

HINTERGRUND: Häufig wird in der Industrie viel Abwärme ganz oder teilweise an die Umwelt abgegeben, während noch Bedarf an Prozesswärme in Form von warmem oder heißem Wasser, Niederdruckdampf oder warmer Luft usw. besteht. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann Abwärme auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden. Obwohl Wärmepumpen seit langem bekannt sind, findet man sie in der Industrie nur selten. Die maximale Ausgangstemperatur von etwa 80 bis 90°C und das ungünstige Verhältnis zwischen Strom- und Brennstoffpreis sind die Hauptgründe für den Mangel an Wärmepumpenanwendungen in der Industrie.

INNOVATIONSZIEL: Die Entwicklung der Hochtemperatur-Wärmepumpe wird das Hauptziel dieses Projekts sein, das die Auswahl geeigneter Arbeitsflüssigkeiten, die Definition einer geeigneten Zyklusarchitektur, die Nachrüstung eines bestehenden Kompressors, um ihn für den Hochtemperaturbetrieb kompatibel zu machen, die Optimierung von Wärmetauschern und die Ausarbeitung wirtschaftlicher Kompressorantriebstechnologien umfasst. Die Aufbereitung von Abwärme zu Prozesswärme bietet der Industrie die Möglichkeit, höhere Prozesstemperaturen bei gleichbleibenden oder niedrigeren Produktionskosten zu erreichen. Für die Papierindustrie werden Prozesse entwickelt, um eine geeignete Prozessumgebung für die Integration der Wärmepumpentechnologie zu schaffen. Ziel dieser Prozessentwicklung ist es, den Einfluss höherer Prozesstemperaturen auf die Prozessoptimierung, die Produktqualität und die Produktionskosten zu untersuchen.
Im Rahmen dieses Projektes ist geplant, eine Modellanlage zu entwickeln, die den Einsatz von Stroh als Basisrohstoff für die stoffliche und energetische Verwertung ermöglicht. Dabei soll das Motorkühlwasser (90°C) einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK-Anlage) wahlweise für einen Strohaufschlussprozess bei einer Temperatur von 140°C oder für einen zweistufigen Vakuumverdampfer (110°C) zur Rückgewinnung von Prozesswasser genutzt werden. METHODIK: Für die Entwicklung der Wärmepumpe und geeigneter Prozesse werden folgende Schritte durchgeführt: Literaturrecherche, Untersuchungen vor Ort, Simulationsarbeiten, Labortests und Demonstration mit Hilfe von Testanlagen.

ERWARTETE ERGEBNISSE: Das Projekt wird Informationen über die Durchführbarkeit der Umkehrung des ORC-Prozesses, die erreichbaren Ausgangstemperaturen der Hochtemperatur-Wärmepumpe sowie über wirtschaftliche und ökologische Aspekte der industriellen Wärmepumpenanwendungen liefern.

WIRTSCHAFTLICHE AUSWIRKUNGEN/POTENZIALE FÜR DIE NUTZUNG DER F&E-RESULTATE: Die Einbindung von Abwärme in den Prozess durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen kann die Energiekosten senken und einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der Treibhausgase leisten. Lieferanten von Wärmepumpen, Wärmetauschern, Kompressoren und Antriebsmaschinen, wie Gasmotoren oder Gasturbinen, Anlagenbauer und Konstrukteure können die Projektergebnisse nutzen, um neue Märkte zu erschließen, wenn die Einführung von Wärmepumpen zunimmt. Die Ergebnisse werden den KMUs aus drei verschiedenen europäischen Ländern/Regionen in KMU-Nutzerkomitees, durch die direkte Einbeziehung von Industriepartnern aus den Zielsektoren, durch die Durchführung von Fallstudien, durch die Website, die Organisation von Workshops und Seminaren vermittelt.

VORKOMPETETIVER CHARAKTER: Die in diesem Projekt vorgesehenen Ergebnisse sind nicht spezifisch für die getesteten Fabriken, sondern universell anwendbar, so dass sie von allen Fabriken innerhalb der fokussierten Sektoren und in anderen Sektoren genutzt werden können. Die Ergebnisse werden in den KMU-Nutzerausschüssen erörtert und durch eine weitreichende Verbreitung bekannt gemacht. PROJEKTKONSORTIUM: Das Projekt wird von einem Konsortium durchgeführt, das aus Forschungszentren und Universitäten besteht und komplementäre Kompetenzen abdeckt. Die Partner sind Experten für Biogas und die Zellstoff- und Papierindustrie, Experten für ORC- und HVAC-Technologien, Wärmepumpen- und Kompressorspezialisten. Alle Partner sind erfahren im nationalen und multinationalen Projektmanagement.

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