Abwärmenutzung als Teil der geschlossenen Wertschöpfungskette von LaNDER³
Zur Erreichung ambitionierter Klimaziele ist eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen bei der Energieerzeugung und -nutzung erforderlich. Ein Ansatz hierzu liegt in der Steigerung der Effizienz energieintensiver Verfahren und Anlagen, beispielsweise durch die Nutzbarmachung prozessbedingter Abwärme.
Vor diesem Hintergrund erfolgte im Rahmen des Impulsprojektes 2 im FSP3 die Entwicklung und Umsetzung eines Abwärmenutzungskonzeptes, um diesen Ansatz am Beispiel der Faseraufbereitung – speziell der Fasertrocknung – praxisnah zu demonstrieren.
Die Grundidee des Konzeptes besteht darin, die in einem Biogas-Blockheizkraftwerk entstehende Abwärme nicht ungenutzt in die Umgebung zu entlassen, sondern sie für die zur Faseraufbereitung notwendige Trocknung der Naturfasern zu verwenden. Dadurch entsteht ein enormes Einsparpotential der normalerweise verwendeten elektrischen Energie, welche notwendig wäre, um eine für die Fasertrocknung erforderliche Lufttemperatur von 70 °C zu erzeugen.
Da im Normalfall eine zeitliche Diskrepanz zwischen der Verfügbarkeit der Abwärme und dem Bedarf an Trocknungswärme besteht und somit eine Speicherung der Abwärme nötig wird, wurde im Impulsprojekt 2 ein innovativer Latentwärmespeicher entwickelt und in den Trocknungskreislauf integriert. Dadurch kann Abwärme zeitversetzt (bis zu mehrere Tage nach Entstehung) für die Fasertrocknung verwendet werden. Das als Speichermedium verwendete Phasenwechselmaterial (schmilzt und erstarrt bei Zu- bzw. Abfuhr von Wärme) erlaubt hierbei die Speicherung großer Wärmemengen auf einem nahezu konstanten Temperaturniveau von 64 °C.
Durch die Verwendung eines Speichermediums mit einer Schmelztemperatur oberhalb der Trocknungstemperatur der Naturfasern oder bei der direkten Nutzung der Abwärme ohne Zwischenspeicherung ließe sich sogar eine vollständige Substitution der elektrischen Energie erreichen, welche noch immer zu mehr als der Hälfte aus fossilen Energieträgern erzeugt wird.
Der entwickelte Latentwärmespeicher kann im Temperaturbereich zwischen 45 °C und 80 °C eine Wärmemenge von 42 kWh speichern.
Das ermittelte Einsparpotential der zur Fasertrocknung erforderlichen elektrischen Energie durch die Nutzung zwischengespeicherter, also nicht zeitgleich zur Entstehung genutzter, Abwärme aus dem Wärmespeicher beträgt 80 %, was zu einer enormen Reduzierung klimaschädlicher CO2-Emissionen sowie einer erheblichen Effizienzsteigerung des Verfahrens führt.
Ein klassischer Warmwasserspeicher mit vergleichbarem Nutzvolumen kommt nur
auf etwa 60 % des im Forschungsprojekt realisierten Wärmeinhaltes.
Zukünftig soll Abwärme für weitere Prozesse, die ebenfalls der Fertigung von Naturfaserkunststoff-Bauteilen dienen jedoch Wärme in einem Temperaturbereich ab 100 °C benötigen, nutzbar gemacht werden. Hierzu erfolgt aufbauend auf den erlangten Erkenntnissen des Impulsprojektes 2 die Weiterentwicklung der Wärmespeichertechnologien im Rahmen des Impulsprojektes 5 im FSP3.
