Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe hebt vorhandene Wärme auf ein höheres, für industrielle Prozesse nutzbares Temperaturniveau an. Im Papierwerk der Felix Schoeller GmbH & Co. KG in Weißenborn demonstriert das Fraunhofer Ieg gemeinsam mit dem Wärmepumpenhersteller Sph Sustainable Process Heat GmbH eine solche Anlage im EU-Projekt Push2heat. Die Demonstrationsanlage mit einer thermischen Nennleistung von 1,2 Megawatt nutzt Abwärme aus der Papierproduktion zur Dampferzeugung und soll fossile Energieträger ersetzen. Erste Betriebsergebnisse liegen aus rund 300 Betriebsstunden im Jahr 2026 vor.
Wie wird aus Abwärme Dampf für die Produktion?
Viele industrielle Prozesse benötigen Dampf mit Temperaturen von mehr als 100 Grad Celsius. In Weißenborn steht dafür Abwärme aus der Papierproduktion mit Temperaturen zwischen 30 und 70 Grad Celsius zur Verfügung. Die Anlage hebt diese Wärme auf ein Dampfniveau von rund 120 Grad Celsius an. Der erforderliche Temperaturhub beträgt damit bis zu 90 Kelvin.
Für die Dampferzeugung mit Wärmepumpe kommt eine zweistufige Technologie zum Einsatz. Nach Angaben der Projektpartner ermöglicht sie einen stabilen Betrieb auch bei schwankenden Temperaturen und Verfügbarkeiten der Wärmequelle. Die industrielle Abwärmenutzung soll damit in bestehende Produktionsprozesse eingebunden werden, statt Prozesswärme ausschließlich mit fossilen Energieträgern bereitzustellen.
Welche Leistung und Effizienz wurden bisher erreicht?
In den ersten rund 300 Betriebsstunden erreichte die Demonstrationsanlage eine durchschnittliche Dampfleistung von etwa 700 Kilowatt. Das entspricht rund 1,2 Tonnen Dampf pro Stunde bei einem Druck von etwa 2,3 bar. Diese bisherigen Betriebsergebnisse sind von der thermischen Nennleistung zu unterscheiden.
Als ermittelte Jahresarbeitszahl nennen die Projektpartner einen Wert von 2,30. Das System stellte damit mehr als doppelt so viel Nutzwärme bereit, wie es elektrische Energie für den Betrieb benötigte. Die Kennzahl beschreibt das Verhältnis von bereitgestellter Nutzwärme zu eingesetzter elektrischer Energie; sie ist von der Dampfleistung zu unterscheiden.
Die möglichen jährlichen CO2-Einsparungen sind hingegen berechnet: Das Projektkonsortium beziffert das Potenzial am Standort bei 4.000 bis 5.000 Betriebsstunden pro Jahr auf bis zu 600 Tonnen durch einen geringeren Erdgaseinsatz. Im Vergleich zur Wärmeerzeugung mit Erdgas nennt das Konsortium rund 100 Kilogramm vermiedene CO2-Emissionen je Megawattstunde bereitgestellter Prozesswärme.
Integration in die Papierproduktion als Forschungsaufgabe
Das Fraunhofer Ieg verantwortete die wissenschaftliche Koordination der Demonstration und entwickelte das Mess- und Monitoringkonzept für die Betriebsphase. Die Forschenden analysierten außerdem die optimale energetische, hydraulische und regelungstechnische Einbindung in die Papierproduktion.
Reuven Paitazoglou vom Fraunhofer Ieg, Projektleiter von Push2heat, erläutert das Ziel: »Die Demonstrationsanlage in Weißenborn schafft wichtige Voraussetzungen, um diese Technologie künftig in weiteren industriellen Anwendungen einzusetzen.«
Ein vollständiges Betriebsjahr unter Produktionsbedingungen
Mit der im September gestarteten Demonstrationsphase begann die Erprobung unter realen Produktionsbedingungen im Volllastbetrieb für ein vollständiges Betriebsjahr. Für die verbleibende Projektlaufzeit sind Optimierungen und ein umfassendes Monitoring vorgesehen.
Im Projekt Push2heat erproben Partner aus Forschung und Industrie unterschiedliche Technologien zur Aufwertung von Abwärme in der Papier- und Chemieindustrie. Die Demonstrationen sollen technische, wirtschaftliche und regulatorische Hemmnisse für einen breiteren Einsatz abbauen. Die Erkenntnisse aus Weißenborn sind auch für weitere Branchen mit hohem Prozesswärmebedarf vorgesehen, darunter die Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Untersucht wird, unter welchen Bedingungen entsprechende Systeme bestehende Dampfnetze und Produktionsprozesse unterstützen können.
Häufig gestellte Fragen
Welche Temperaturen erreicht die Hochtemperatur-Wärmepumpe in Weißenborn?
Die Anlage nutzt Abwärme aus der Papierproduktion mit Temperaturen zwischen 30 und 70 Grad Celsius und hebt sie auf ein Dampfniveau von rund 120 Grad Celsius an. Der erforderliche Temperaturhub beträgt bis zu 90 Kelvin.
Welche Leistung und Effizienz wurden bisher ermittelt?
In den ersten rund 300 Betriebsstunden im Jahr 2026 erreichte die Anlage durchschnittlich etwa 700 Kilowatt Dampfleistung. Das entspricht rund 1,2 Tonnen Dampf pro Stunde bei etwa 2,3 bar. Die thermische Nennleistung beträgt 1,2 Megawatt. Als ermittelte Jahresarbeitszahl nennen die Projektpartner 2,30.
Wie viel CO2 könnte die Anlage jährlich einsparen?
Das Projektkonsortium berechnet für den Standort ein Potenzial von bis zu 600 Tonnen CO2 pro Jahr bei 4.000 bis 5.000 Betriebsstunden und geringerem Erdgaseinsatz. Dabei handelt es sich um ein berechnetes Einsparpotenzial, nicht um eine bereits gemessene jährliche Einsparung.
Weitere Informationen finden Sie unter www.ieg.fraunhofer.de.
Quelle: Fraunhofer IEG