Hochtemperatur-Wärmepumpe erzeugt Prozessdampf aus Abwärme einer Papierfabrik
Viele industrielle Prozesse benötigen Dampf mit Temperaturen von über 100 °C. Diese Prozesswärme wird in energieintensiven Branchen noch häufig mit fossilen Energieträgern erzeugt. Im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten Projekts Push2Heat demonstriert das Fraunhofer IEG in Weißenborn, wie sich Abwärme aus der Papierproduktion für die Dampferzeugung nutzen und in bestehende Produktionsprozesse einbinden lässt. Der dafür erforderliche Temperaturhub beträgt bis zu 90 K und zählt damit zu den anspruchsvollen Anwendungen industrieller Hochtemperatur-Wärmepumpen.
Erste Betriebsdaten aus rund 300 Stunden
Die zweistufige Wärmepumpe hat eine thermische Leistung von 1,2 MW. Sie soll einen stabilen Betrieb auch bei schwankenden Wärmequellen ermöglichen. In den ersten rund 300 Betriebsstunden im Jahr 2026 erreichte die Anlage eine durchschnittliche Dampfleistung von etwa 700 kW. Das entspricht 1,2 t Dampf pro Stunde bei rund 2,3 bar Druck.
Bei der ermittelten Jahresarbeitszahl von 2,30 stellte das System mehr als doppelt so viel Nutzwärme bereit, wie es an elektrischer Energie für seinen Betrieb benötigte. Das Projektkonsortium hat zudem die mögliche Emissionsminderung berechnet. Demnach lassen sich am Standort bei 4000 bis 5000 Betriebsstunden pro Jahr durch den geringeren Erdgaseinsatz bis zu 600 t CO₂ einsparen. Bezogen auf die bereitgestellte Prozesswärme entspricht das im Vergleich zur Erzeugung mit Erdgas rund 100 kg CO2/MWh.
Integration in die Produktion als Forschungsschwerpunkt
Für den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen in der Industrie ist nicht allein die Technologie entscheidend, sondern auch ihre Einbindung in bestehende Prozesse. Das Fraunhofer IEG verantwortete die wissenschaftliche Koordination der Demonstration und entwickelte das Mess- und Monitoringkonzept für die Betriebsphase. Außerdem analysierten die Forschenden die energetische, hydraulische und regelungstechnische Einbindung der Anlage in die Papierproduktion.
„Die Demonstrationsanlage in Weißenborn schafft wichtige Voraussetzungen, um diese Technologie künftig in weiteren industriellen Anwendungen einzusetzen“, sagt Projektleiter Reuven Paitazoglou vom Fraunhofer IEG. Die Erkenntnisse sollen auch auf weitere Branchen mit hohem Prozesswärmebedarf übertragbar sein, etwa auf die Chemie-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Dabei geht es um die Frage, unter welchen Bedingungen Hochtemperatur-Wärmepumpen Dampfnetze und bestehende Produktionsprozesse unterstützen können.
Ein Betriebsjahr unter Volllast geplant
Im September begann die Demonstrationsphase unter realen Produktionsbedingungen. Die Anlage soll ein vollständiges Betriebsjahr im Volllastbetrieb erprobt werden. Für die verbleibende Projektlaufzeit sind Optimierungen und ein umfassendes Monitoring vorgesehen.
Push2Heat läuft von 2022 bis 2027 und richtet sich vor allem an die Papier- und Chemieindustrie. Ziel ist es, technische, wirtschaftliche und regulatorische Hemmnisse für den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen und weiteren Technologien zur Abwärmenutzung abzubauen. Demonstrationsanlagen entstehen an Industriestandorten in Deutschland, Italien und Belgien. Das Gesamtbudget beträgt rund 9,74 Mio. Euro, davon fördert die EU rund 7,84 Mio. Euro. Auf die Fraunhofer-Gesellschaft entfallen rund 599.000 Euro.
Zu den Partnern gehören neben dem Fraunhofer IEG und dem Fraunhofer ISE unter anderem die BS Nova Apparatebau GmbH, die SPH Sustainable Process Heat GmbH, das Flemish Institute for Technological Research (VITO), die Universidad Politécnica de Valencia, Einrichtungen der Tecnalia-Gruppe sowie die European Heat Pump Association. Der Europäische Wärmepumpenverband hat die Anlage in den Wettbewerb um den Wärmepumpenpreis 2026 aufgenommen. Über den Preis wird in einer öffentlichen digitalen Abstimmung entschieden.
