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Wasserstoff, Recycling, Dampf statt Gas: Die Industrie stellt um

Die Integration der erneuerbaren Energie in die bestehenden Energiesysteme wird nicht einfach. Davon ist Thomas Kienberger, Leiter des Lehrstuhls für Energieverbundtechnik an der Montanuniversität Leoben, überzeugt. Vor allem die Speicherung überschüssiger Wind- und Solarenergie für Zeiten höheren Bedarfes ist eine große Herausforderung. Für das Erreichen der Klimaziele müssen aber auch andere Maßnahmen getroffen werden – vor allem in der Industrie.

Drei große Energieverbraucher gibt es in Österreich – neben Verkehr und Gebäuden ist das die Industrie. Ein Drittel der gesamten Energie wird von ihr benötigt. „In diesem Bereich klimaneutral zu werden, das ist eine Mammutaufgabe“, weiß Thomas Kienberger. Man arbeite mit der Industrie zusammen, um entsprechende Lösungen zu finden.

Grundsätzlich sieht Kienberger gleich mehrere Ansätze, wie das Ziel der Klimaneutralität erreicht werden kann: „Da wäre zum einen die technische Umstellung auf erneuerbare Gase, vor allem Wasserstoff. Das ist gut erforscht, in der Praxis gibt es aber noch viel zu tun. Große Konzerne wie voestalpine oder OMV haben bereits Demonstrationsanlagen, die der Forschung Feedback geben.“

Ein weiterer Weg ist laut Kienberger eine stärkere Trennung von Hochtemperatur- und Niedrigenergieprozessen. „In der Regel muss der Prozessdampf nur eine Temperatur bis maximal 200 Grad Celsius haben. In diesen Fällen kann die Dampferzeugung von Erdgas auf Strom umgestellt werden. Hochtemperatur-Wärmepumpen sind hier die Zukunftstechnologie, aber da müssen wir die Systeme noch etwas weiterentwickeln.“
Der Wissenschaftler tritt auch für eine verstärkte Kreislaufwirtschaft ein. „Gerade die Primärproduktion von Materialien ist sehr energieintensiv. Gewinnt man sie über Recyclingprozesse, kann man viel einsparen. Natürlich muss die Qualität gewährleistet sein.“
Und schließlich spielt auch die Nutzung und Speicherung von CO2 eine Rolle. „Die Zementindustrie zum Beispiel wird immer CO2 ausstoßen, egal, wie sie die Energie gewinnt. Das liegt in der chemischen Natur des Produktionsprozesses. Dieses CO2 muss gespeichert werden.“ In Österreich sei dieses Thema in den vergangenen zehn Jahren so gut wie überhaupt nicht beachtet worden.

Nicht ganz ohne Tücken ist die Substitution von Koks durch Wasserstoff bei der Eisenerzeugung. „Da stellt sich die Frage, woher der Wasserstoff kommt. Eine Alternative wäre es, gleich wasserstoffbasierenden Eisenschwamm zu importieren, nur laufen wir dann Gefahr, eigene Ressourcen nicht mehr zu nutzen und Wertschöpfung zu verlieren.“

Kienberger sieht in der Industrie auch ein großes Potenzial für die Wärmerückgewinnung. „Es entsteht ja eine Menge Abwärme, die für Fernwärmenetze genutzt werden könnte. Wir bräuchten natürlich Wärmespeicher, da die Abwärme auch im Sommer anfällt, aber erst im Winter benötigt wird.“ Langfristig könnten thermische Saisonspeicher im Untergrund die Lösung sein, sagt Kienberger. Salzspeicher seien dafür eher nicht geeignet, sie würden sich für Kurzzeitmodelle eignen. „Eine Variante wäre die Speicherung von Wärme in Aquiferen, also in tiefen Grundwasserschichten.“ Insgesamt seien bei der Wärmespeicherung viele Ideen wieder in der Versenkung verschwunden, weil sie nicht gut umsetzbar waren.

Herausforderungen zeigen sich auch bei der Stromversorgung. Hier, so der Lehrstuhlleiter, dürfe man Gas, Wärme und Elektrizität nicht länger als getrennte Bereiche sehen: „Wir müssen Konzepte für ein Zusammenspiel erarbeiten. Je nach Anfall und Wirtschaftlichkeit muss eine Energieform in die andere umgewandelt werden. Unsere Pumpspeicher werden nämlich auf keinen Fall dafür ausreichen, Überschussenergie aus erneuerbaren Quellen zu speichern.“
Ein Thema sind für Kienberger die Elektroautos. Hier ist seiner Ansicht nach ein viel zu hoher Leistungsbedarf beim einfachen Laden zu Hause derzeit systemimmanent. „Die Hersteller sehen viel zu hohe Ladeströme vor. Elf Kilowatt sind völlig überzogen. Fünf Kilowatt reichen absolut aus, um ein E-Auto über Nacht aufzuladen. Das würde die Netze viel weniger stark belasten.“

Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energieerzeugung wird sich die Thematik Überschüsse verschärfen, ist Kienberger überzeugt. „Wir brauchen eine geeignete technische Infrastruktur. Es geht um die physikalische Verfügbarkeit von Strom. Dafür muss ich einerseits Überschüsse unterbringen, andererseits den Bedarf auch dann abdecken, wenn kein Wind weht und die Sonne nicht scheint.“ Die Infrastruktur müsse so ausgerichtet werden, dass das Zusammenspiel von Bedarf und Verbrauch flexibler werden könne.
Während Rahmenbedingungen zum Ausbau der erneuerbaren Energie und der zugehörigen Infrastruktur in erster Linie Aufgabe der Politik seien, sieht Kienberger die Wissenschaft in anderen Bereichen gefordert: „Wir müssen die Pläne entwickeln, wie der Ausbau gelingen kann. Gleichzeitig müssen wir überlegen, welche Technologien es braucht, um den Energieverbrauch zu senken.“

Konkrete Projekte in Richtung Klimaneutralität sind zum Beispiel das Programm NEFI. Dabei handelt es sich um ein Konsortium aus AIT Austrian Institute of Technology, Montanuniversität Leoben, OÖ Energiesparverband und OÖ Wirtschaftsagentur „Business Upper Austria“, das die umfangreiche Erfahrung dieser Akteure im Bereich der Energieforschung formiert und bündelt. Gemeinsam mit an Bord sind 80 Unternehmen, 14 Forschungs- und 7 institutionelle Partner. Beteiligt sind Unternehmen aller Industriesektoren wie zum Beispielaus der Lebensmittel-, Maschinenbau-, Kunststoff-, Zement- und Stahlindustrie. Die Bandbreite der in NEFI beteiligten Firmen reicht von großen Leitbetrieben bis zu innovativen KMUs.

ZUR PERSON
Thomas Kienberger ist seit 2014 Professor und Leiter des Lehrstuhls für Energieverbundtechnik an der Montanuniversität Leoben. Der Experte für integrierte Energiesysteme der öffentlichen Energieversorgung und der Industrie befasst sich mit interdisziplinären, systemischen Ansätzen zur Integration erneuerbarer Energien und zur Erhöhung der gesamtsystemischen Energieeffizienz. Seit 2018 ist Kienberger Mitglied der Steuerungsgruppe der Vorzeigeregion New Energy For Industry – NEFI und Leiter des NEFI_lab. Kienberger absolvierte das Studium Elektro-Energietechnik an der TU Graz und arbeitete unter anderem als Entwicklungsingenieur bei der Siemens AG in Erlangen/Deutschland. Neben seinen Aktivitäten in der Wirtschaft konnte er zahlreiche Forschungsprojekte initiieren.

Mehr Informationen:
www.unileoben.ac.at

Foto: Thomas Kienberger

Fotocredit: Montanuni Leoben