Die Herstellung von Ziegeln für Mauern, Dächer und Wege ist ein energieintensives Geschäft. Vor allem beim Brennen und Trocknen der Ziegel wird viel Wärmeenergie benötigt. Diese regenerativ bereitzustellen, ist eine große Herausforderung, die der Ziegelhersteller Wienerberger in seinem Werk im österreichischen Uttendorf, südlich von Salzburg, angegangen ist.
Gemeinsam mit den Forscher:innen des Austrian Institute of Technology (AIT) hat das Unternehmen in Uttendorf einen elektrifizierten Ziegelbrennofen – nach Angaben der Projektpartner weltweit der erste – errichtet. Zusätzlich wurde eine Großwärmepumpe errichtet, die die Abwärme aus dem Brennprozess als Quelle nutzt und die Wärme für das Trocknen der Ziegel liefert. Rund um den neuen Elektroofen hat der Münchner Anbieter von Simulationstechnologie und Digital Engineering, CADFEM, Simulationen erstellt und Prozesse im Sinne des Klimaschutzes digital optimiert.
Für andere Industriebetriebe einsetzbar
Am Ende kann Wienerberger rund 30 Prozent Primärenergie einsparen. Zudem sinkt der CO2-Ausstoß des Brenn- und Trocknungsprozesses um 88 Prozent durch den Einsatz von regenerativem Strom zum Betrieb des Brennofens und der Wärmepumpe, im Vergleich zur früheren Nutzung von Erdgas als Energiequelle.
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Wichtig war den Projektpartnern, dass die eingesetzte Technologie auch auf andere Anwendungen mit hohem Wärmebedarf transformierbar ist. „Da in anderen Industriesektoren vergleichbare Anforderungen bestehen, können die Technologie der elektrischen Heizelemente sowie die Abwärmenutzung durch eine Wärmepumpe mit gewissen Anpassungen auch dort eingesetzt werden“, betonen die Forscher:innen des AIT in einem Beitrag, der im Blog von CADFEM erschienen ist.
Demonstrator zeigt, dass es funktioniert
Die erheblichen CO2-Einsparungen schaffen zudem Anreize für andere produzierende Unternehmen, etwa in der Stahl-, Keramik-, Papier- oder Pharmaindustrie. „Durch die direkte Nutzung von Abwärme können wir den Carbon Footprint der Industriebetriebe signifikant reduzieren“, weiß AIT-Forscher Manuel Schieder.
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Zudem wird mit dem Einsatz von speziellen Wärmepumpen die Dekarbonisierung der Bereitstellung von Prozesswärme auch bei hohen Temperaturen möglich. „Die Hochtemperaturwärmepumpe ist eine relativ neue Technologie, mit der Folge, dass kaum ein Industriebetrieb den ersten Schritt in diese Richtung wagt“, erklärt Manuel Schieder. „Deshalb sind überzeugende Beispielprojekte notwendig, die mit Demonstratoranlagen aufzeigen, dass es funktioniert“, betont er.
Simulation war wichtig für die Anlagenentwicklung
Im Fall des zugehörigen Forschungsprojekts spielten die mit Unterstützung von CADFEM angefertigten Simulationen eine große Rolle, um Hochtemperaturwärmepumpen, mit der neuwertigen Ejektor-Technologie zur Effizienzsteigerung, genau zu analysieren. „Sowohl bei der Auslegung des Kältekreises der Wärmepumpe als auch für die Optimierung des verwendeten Ejektors zur Hochdruckregelung sind Simulationen essenziell“, erklären die Forscher:innen.
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Besonders herausfordernd sei die Simulation des Ejektors, in dem zeitgleich mehrere komplexe physikalische Phänomene auftreten: einerseits Überschallgeschwindigkeit und damit einhergehend hohe Turbulenzen, und andererseits Verdampfung. Spezielle Materialdatenbanken im verwendeten Simulationstool Ansys Fluent halfen, diese strömungstechnischen Simulationen durchzuführen und den Prozess zu stabilisieren.
