Die Dekarbonisierung industrieller Prozesse gehört zu den größten Herausforderungen der Energiewende. Während der Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung im Mittelpunkt vieler Diskussionen steht, bleibt ein wesentlicher Teil des industriellen Energiebedarfs häufig weniger beachtet: die Prozesswärme. In zahlreichen Industriebranchen werden weiterhin große Mengen fossiler Energieträger eingesetzt, um Wärme und Dampf für Produktionsprozesse bereitzustellen.
Ein Praxisbeispiel aus Deutschland zeigt, welchen Beitrag Solarthermie zur Transformation leisten kann. Für die Aluminiumveredlungsanlage der Alanod GmbH & Co. KG in Ennepetal entwickelte und realisierte die Soliterm Group eine solarthermische Prozesswärmeanlage auf Basis von Parabolrinnenkollektoren (PTC). Soliterm übernahm Planung, Systemintegration und Installation der Anlage, die einen Teil des industriellen Prozesswärmebedarfs direkt mit Sonnenenergie deckt.
Solardampf für die Aluminiumveredelung
Bei der Oberflächenveredelung von Aluminium wird kontinuierlich Prozesswärme benötigt. Die installierte Solarthermieanlage unterstützt die bestehende Wärmeversorgung, indem sie mithilfe von Parabolrinnenkollektoren thermische Energie für die Dampferzeugung bereitstellt. Der erzeugte Dampf wird direkt für den Produktionsprozess genutzt.
Das Soliterm-System konzentriert die direkte Sonnenstrahlung mithilfe reflektierender Spiegel auf ein Absorberrohr. Die dabei entstehende Hochtemperaturwärme wird für die Erzeugung von Sattdampf genutzt, der in das bestehende Prozesswärmesystem eingespeist wird. Ergänzt wird die Anlage durch den vorhandenen gasbetriebenen Kessel, der bei unzureichender Solarstrahlung die erforderliche Versorgungssicherheit gewährleistet.
Auf dem Dach der Produktionshalle wurden zwölf Parabolrinnenkollektoren in vier Reihen sowie ein Wärmespeicher mit einem Volumen von drei Kubikmetern installiert. Die Solarthermieanlage kann rund 50 Prozent des Wärmebedarfs der betreffenden Anwendung solar bereitstellen und reduziert den Verbrauch fossiler Brennstoffe um etwa 76 Megawattstunden pro Jahr. Gleichzeitig werden jährlich rund 16 Tonnen CO₂-Emissionen vermieden.
Effiziente Integration in Bestandsversorgung
Ein wesentlicher Vorteil des Projekts liegt in der Integration der Solarthermie in die vorhandene Energie- und Produktionsinfrastruktur. Die Anlage arbeitet vollautomatisiert, sie wird über ein Scada-System überwacht und gesteuert. Wetterdaten, solare Einstrahlung, Anlagenzustände und der aktuelle Wärmebedarf werden kontinuierlich erfasst und für eine optimale Betriebsführung berücksichtigt.
Bei ungünstigen oder kritischen Wetterbedingungen fahren die Kollektoren automatisch in eine definierte Sicherheitsposition. Sobald wieder geeignete Betriebsbedingungen vorliegen, kann das System den solaren Betrieb automatisch aufnehmen. Diese automatisierte Steuerung ermöglicht es, erneuerbare Wärme zuverlässig in bestehende industrielle Produktionsprozesse zu integrieren, ohne deren Versorgungssicherheit zu beeinträchtigen.
Ergänzung zur Elektrifizierung
Das Projekt verdeutlicht, dass die industrielle Energiewende nicht ausschließlich über erneuerbaren Strom erfolgen muss. Ein erheblicher Teil des industriellen Energiebedarfs entfällt unmittelbar auf Wärme und Dampf. Gerade dort kann die direkte Nutzung solarer Wärme eine technisch und energetisch interessante Alternative oder Ergänzung zur Elektrifizierung darstellen.
Parabolrinnenkollektoren ermöglichen je nach Auslegung Prozesstemperaturen von mehreren hundert Grad Celsius und eignen sich damit für zahlreiche industrielle Anwendungen. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass Sonnenenergie unmittelbar in nutzbare Prozesswärme umgewandelt wird, ohne zunächst den Umweg über die Stromerzeugung und eine anschließende elektrische Wärmeerzeugung gehen zu müssen.
Hybride Systeme sind möglich
Welche Technologie wirtschaftlich und energetisch die beste Lösung darstellt, hängt dabei vom jeweiligen Temperaturniveau, Lastprofil, Standort, Energiepreis und den verfügbaren Flächen ab. Besonders interessant ist daher häufig die Kombination verschiedener Technologien zu einem hybriden Energiesystem.
Die Solarthermie lässt sich flexibel an unterschiedliche industrielle Anforderungen anpassen. Je nach verfügbarem Platz und Energiebedarf sind sowohl Dachinstallationen als auch Freiflächenanlagen möglich. Durch die Kombination mit bestehenden Wärmeerzeugern und thermischen Speichern kann die solare Wärme bedarfsgerecht in bestehende Versorgungssysteme integriert werden.
Skalierbarer Ansatz für die Industrie
Das Alanod-Projekt zeigt exemplarisch, dass solarthermische Prozesswärme auch unter mitteleuropäischen Bedingungen einen relevanten Beitrag zur Dekarbonisierung industrieller Prozesse leisten kann. Gleichzeitig demonstriert das Projekt, dass sich die Technologie in bereits bestehende Produktions- und Energieversorgungssysteme integrieren lässt.
Das Anwendungsspektrum reicht dabei weit über die Aluminiumindustrie hinaus. Überall dort, wo industrielle Prozesse kontinuierlich Wärme, Heißwasser oder Dampf benötigen, kann konzentrierende Solarthermie einen Teil der bislang fossil erzeugten Energie ersetzen.
Die Zukunft der Solarenergie wird deshalb nicht allein durch die Erzeugung erneuerbaren Stroms bestimmt. Auch die direkte Nutzung der Sonnenenergie für Prozesswärme und Dampf eröffnet der Industrie die Möglichkeit, fossile Energieträger zu reduzieren, CO₂-Emissionen zu senken und gleichzeitig die Abhängigkeit von zukünftigen Brennstoff- und CO₂-Preisen zu verringern.
Foto: Soliterm Group
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Soliterm Group
Langjährige Erfahrungen mit PTC-Lösungen weltweit
Soliterm wurde 1999 vom Forschungszentrum Jülich als Start-up von Dr.-Ing. Ahmet Lokurlu in Aachen gegründet. Mit Hauptsitz und Produktionsstätte in Deutschland sowie Niederlassungen in der Türkei ist Soliterrm ein mehrstufiges Unternehmen. Um der steigenden Nachfrage nach erneuerbarer Energie gerecht zu werden, führte Soliterm die weltweit erste robotergestützte und vollautomatisierte Produktionsanlage ein. Die Firma ist nach ISO 9001:2015, ISO 14001, TÜV Solar Keymark und CE zertifiziert. Die PTC-Systeme werden nach internationalen Standards und in höchster Qualität geliefert.
Die Reduzierung des CO₂-Abdrucks der Kunden ist der Schlüssel zum Erfolg im globalen Umfeld. Die Firmengruppe bietet:
- - Produktion und Installation schlüsselfertiger PTC-Systeme
- - standortspezifische Wartung: in den ersten zwei Jahren im Rahmen der Vertragsgarantie
- - Reparaturen bei unerwarteten Schäden vor Ort durch eigene Ingenieurteams
- - Konzeptentwicklung und Beratung im Energiebereich
- - technisch-wirtschaftliche Machbarkeitsstudien und detaillierte Planungsleistungen
- - Vertrags-, Leasing- und Finanzierungsmodelle (IFC, KfW).
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Soliterm Group