EnEff:Wärme: NENIA – netzgebundene Nutzung industrieller Abwärme

Die Nutzung von Abwärme aus Industrieprozessen ist ein bedeutendes Effizienzfeld. Neben einer verstärkten Wärmeintegration in Unternehmen spielt speziell bei energieintensiven Anwendungen des verarbeitenden Gewerbes auch die außerbetriebliche Abwärmenutzung eine Rolle. Dies wird gerade im Hinblick auf die Anforderungen an eine zeitnahe Dekarbonisierung der Wärmeversorgung von Gebäuden zur Erreichung der Klimaschutzziele deutlich: die Einbindung industrieller Abwärmequellen in bestehende oder neue Wärmenetze ist ein wichtiges strategisches Element, um kurz- bis mittelfristig die weiterhin dominierenden Anteile fossiler Wärmeerzeugung sowohl im Fernwärmebestand als auch bei Einzelheizungssystemen im Gebäudebestand zu reduzieren.

Abwärmenutzung als energiepolitisches Handlungsfeld

Die Abwärmenutzung in Wärmenetzen wird bisher vor allem durch das Marktanreizprogramm, das KWKG sowie das KfW-Energieeffizienzprogramm adressiert. Im Rahmen des Nationalen Aktionsplans Energieeffizienz und der „Offensive Abwärme“ wurde im Jahr 2015 ein Prozess zur Überarbeitung und Erweiterung der politischen Förder- und Steuerungsinstrumente für eine verstärkte Abwärmenutzung angestoßen. In diesem Kontext wurden spezielle Förderprogramme zur netzgebundenen Abwärmenutzung etabliert, die KfW-Programme 294/494 und das Programm Wärmenetze 4.0.

Um die integrierte Wärmenutzung über Betriebsgrenzen hinaus zu verbessern, fehlte es bisher an einer umfassenden systematischen Erhebung des nutzbaren Abwärmepotenzials aus verschiedenen industriellen Produktionsprozessen. Während bereits einige Studien zu verfügbaren theoretischen Abwärmepotenzialen im verarbeitenden Gewerbe durchgeführt wurden, erfordert die Bestimmung des netzgebunden technisch-wirtschaftlich nutzbaren Potenzials eine räumlich-zeitlich hochaufgelöste Erfassung und Verschneidung von Abwärmeangebot und Wärmenachfrage (Wärmequellen-/ Wärmesenkenanalyse).

Entwicklung eines bundesweiten Abwärmekatasters und eines Wärmebedarfsatlas

Im Rahmen des Verbundvorhabens „EnEff:Wärme: NENIA“ wurde eine umfassende Geodatenbank von über 4.700 Industriestandorten mit spezifischen Angaben zu Energieeinsätzen und resultierenden, theoretisch nutzbaren Abwärmemengen von rund 63 TWh/a erstellt – differenziert nach Temperatur, Feuchte, Schadstoffbelastung und zeitlicher Verfügbarkeit. Als Datengrundlage wurden die Erklärungen zu luftgetragenen Emissionen von Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes nach der 11. Bundesimmissionschutzverordnung (11. BImSchV), ergänzende Daten aus PRTR-Datenbank und eigene Recherchen zu thermisch relevanten Prozessstromeinsätzen zusammengeführt.

Darüber hinaus wurden im Rahmen von sechs Fallstudien in Industrieunternehmen und einer Fragebogen-gestützten Erhebung bei rund 40 weiteren Unternehmen umfassende empirische Erhebungen zur Datenvalidierung und zur Erfassung technischer, wirtschaftlicher und organisatorischer Hemmnisse hinsichtlich einer außerbetrieblichen Abwärmenutzung durchgeführt. Diese fließen in die Ableitung politischer Handlungsempfehlungen ein.

Mit dem Wärmeatlas^2.0 wurde ein bundesweites GIS-Modell zur räumlich hochauflösenden Abbildung der Wärmebedarfsentwicklung im Wohn- und Nichtwohngebäudebestand, basierend auf den Simulationsergebnissen des ifeu-Gebäudemodells „GEMOD“, entwickelt. In Kombination mit Modellen zur räumlichen Abbildung bestehender Fernwärmeversorgungsgebiete und zusätzlich realisierbarer Wärmenetzpotenzialgebiete wurde erstmals ein flächendeckender Abgleich von Abwärmeangebot und Wärmesenkenpotenzial zur Bestimmung des technisch-wirtschaftlich nutzbaren Potenzials industrieller Abwärme in Wärmenetzen durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Temperatur-Anforderungen seitens der Wärmeabnehmer sowie eine entsprechende passive oder aktive Nutzung der verfügbaren Abwärmequellen berücksichtigt.

Die Ergebnisse zeigen, dass in vielen Unternehmen signifikante, technisch extern nutzbare Abwärmemengen verfügbar sind und sich diese zu großen Teilen (80-90 % im Nieder-/ Mitteltemperaturbereich) auch wirtschaftlich erschließen lassen. Dies ist u.a. auf die positive räumliche Korrelation von Abwärmeangebot und Wärmesenkenpotenzial zurückzuführen: Ein Großteil des verfügbaren technischen Abwärmepotenzials befindet sich in einer Entfernung von unter 1000 m zu ausreichenden, netzgebunden versorgbaren Wärmesenken.