EURACTIV: Gasrationierungen überflüssig, wenn europäische Industrie Verbrauch reduziert
Der Einmarsch Russlands in der Ukraine hat Europa in eine tiefe Energieunsicherheit gestürzt. Im Sommer forderte die EU-Kommission die Mitgliedstaaten auf, Pläne zur Gasrationierung zu erstellen und festzulegen, welche Bereiche der Industrie im Falle einer Verknappung zuerst abgeschaltet werden sollten. Aber einem neuen Bericht des belgischen Beratungsunternehmens CLIMACT zufolge sind Gasrationierungen in diesem Winter möglicherweise gar nicht notwendig, sollte es der europäischen Industrie gelingen, ihren Verbrauch zu reduzieren, indem die Elektrifizierung vorangetrieben wird, schreibt Dave Keating am 17.10.2022 im Portal EURACTIV.com.
Gasspeicher Berlin-Spandau – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Die am 10.10.2022 veröffentlichte Untersuchung zeigt zahlreiche Möglichkeiten für eine rasche Elektrifizierung in der Lebensmittel-, Chemie- und Glasindustrie auf, die den Gasverbrauch reduzieren könnten. Eine solche Umstellung erfordere jedoch eine erhebliche Bereitschaft und Anstrengung der Beteiligten. „Wenn wir alle verfügbaren Optionen so schnell wie möglich umsetzen, könnten wir allein in diesen vier Sektoren bis zu 25 Prozent Erdgas einsparen“, sagte Benoît Martin, Berater bei CLIMACT, kürzlich im Rahmen einer EURACTIV-Veranstaltung.
Bei der Lebensmittelproduktion können Wärmepumpen den größten Energiebedarf decken, nämlich die Prozesswärme im niedrigen Temperaturbereich. Das sei zwei- bis siebenmal energieeffizienter als Gaskessel, erklärte Martin. „In der chemischen Industrie haben wir festgestellt, dass Nieder- und Hochtemperatur-Wärmepumpen kurzfristig die besten verfügbaren Alternativen sind“, sagte er. „Nicht alle chemischen Prozesse können mit Wärmepumpen elektrifiziert werden“, räumte er jedoch ein, da chemische Prozesse möglicherweise mehr Wärme benötigen als die Lebensmittelindustrie. „Für die anderen Prozesse könnten also auch elektrische Heizkessel als gute Alternative zu Gas in Betracht gezogen werden“, so Martin.
Der Bericht kommt zu dem Schluss, dass die beste kurzfristige Lösung für die Glasindustrie eine hybride Produktionslinie für Strom und Gas ist. „Durch die Einführung dieser Elektroden kann der Stromanteil ohne wesentliche Änderungen an der Produktion auf bis zu 20 Prozent erhöht werden“, betonte Martin. Die große Frage ist, ob diese Änderungen wirklich durchführbar sind, bevor in den kommenden Monaten die Gasrationierungen eingeleitet werden.
Florie Gonsolin, Direktorin für Klimawandel-Transformation beim Verband der chemischen Industrie CEFIC, sagte im Rahmen der EURACTIV-Veranstaltung, dass der Sektor diese Lösungen prüfe, es aber einige Komplikationen gebe. Die Elektrifizierung durch Wärmepumpen sei zwar „in der Tat eine Schlüssellösung, mit der wir uns befassen… aber kommerziell verfügbare Lösungen können heute nur eine Temperatur von bis zu 100 Grad liefern, und das macht nur einen kleinen Teil der Aktivitäten der chemischen Industrie aus. Man muss auch die Komplexität und die Kosten der Integration dieser Lösungen berücksichtigen. Die Integration einer Wärmepumpe in einen industriellen Prozess ist nicht dasselbe wie eine Investition in ein Haus“. „Wir sollten die internationale Wettbewerbsfähigkeit nicht aus den Augen verlieren. Selbst wenn eine Lösung wie die Elektrifizierung gegenüber Erdgas wettbewerbsfähig werden könnte, müssen wir auch dafür sorgen, dass wir weltweit wettbewerbsfähig bleiben“, so Gonsolin weiter.
Der Vorteil von industriellen Wärmepumpen
Jozefien Vanbecelaere, Leiterin für EU-Angelegenheiten bei der European Heat Pump Association, stimmte zu, dass sich die bekannteren Wärmepumpen für Privathaushalte deutlich von den industriellen Anwendungen unterscheiden. „Industrielle Wärmepumpen sind wirklich die Geheimfavoriten, bei denen ein großes Potenzial zur Verringerung des Bedarfs an fossilen Gasen vorhanden ist“, sagte sie. Sie widersprach jedoch der Vorstellung, dass Wärmepumpen nur bis zu einer Temperatur von 100 Grad eingesetzt werden können, was ihre Verwendung für industrielle Prozesse einschränkt. Industrielle Wärmepumpen können heutzutage Temperaturen von 120 bis 160 Grad erreichen, „und jetzt haben wir Prototypen für 180 Grad, und Forscher wollen in den nächsten Jahren Wärmepumpen für 200 Grad entwickeln“, so Vanbecelaere. „Heute liegen 37 Prozent der industriellen Prozesswärme unter 200 Grad“, so Vanbecelaere weiter. Typische Anwendungsbereiche seien Trocknungsprozesse wie in der Papier- und Zellstoffindustrie oder die Trocknung von Gemüse. „Dafür müsste man bis 2050 jeden Monat 300 Megawatt Leistung installieren, um die benötigten 105 Gigawatt zu erreichen.“
Anreize für Investitionen
Was kann die Politik also tun, um der Industrie Anreize zu geben, die notwendigen Investitionen in die Elektrifizierung zu tätigen? „RePowerEU hat eine ganze Reihe von Instrumenten zur Verfügung“, sagte Ruud Kempener von der Energieabteilung der EU-Kommission, der ebenfalls in der EURACTIV-Veranstaltung sprach. Neben den Plänen zur Gasreduzierung „gibt es auch andere Vorschläge, wie die Erhöhung der Ziele für die Produktion von erneuerbaren Energien in der EU und die Beschleunigung des Genehmigungsverfahrens für erneuerbare Energien, um den Strom zu produzieren, den Wärmepumpen für die Industrie nutzen können“. Er sagte, es gebe auch andere Initiativen, wie Biomethan als Ersatz für fossiles Gas und Solarthermie. Eine weitere Initiative sei die Unterstützung von Stromabnahmeverträgen für Unternehmen mit erneuerbaren Energien.
„Die Kombination von billigen erneuerbaren Energien mit Wärmepumpen und die Suche nach integrierten Lösungen, wie zum Beispiel lokale Wärmespeicher oder sogar der Ausbau von Fern- und Abwärmesystemen, sind konkrete Lösungen, die nicht nur in den nächsten Jahren helfen, sondern uns wirklich auf den Weg bringen, den wir bis 2030 gehen müssen“, so Kempener. Während die Regierungen ihre Pläne zur Gasrationierung ausarbeiten, werden die Argumente für die industrielle Elektrifizierung wahrscheinlich überzeugender als je zuvor. Ob dies rechtzeitig geschehen kann, um Abschaltungen zu vermeiden, bleibt eine offene Frage. Befürworter sagen jedoch, dass es nie zu spät ist, damit anzufangen.
CLIMACT: Wie viel kostet die Abkehr von fossilem Gas in der Lebensmittel-, Chemie- und Glasindustrie?
Der europäische Erdgasmarkt war im letzten Jahr im Zusammenhang mit der wirtschaftlichen Erholung nach dem Covid und zuletzt dem Krieg in der Ukraine unter Spannung. Dadurch wurde das Bewusstsein dafür geschärft, dass Europa seine Abhängigkeit von Erdgasimporten, insbesondere aus Russland, verringern muss. Die insgesamt 155 Mrd. m³ Erdgas, die aus Russland importiert werden, machten 2021 rund 45 % der Gasimporte der EU und fast 40 % ihres gesamten Gasverbrauchs aus. Dies ist zwar eine große Herausforderung, bietet aber auch die Chance, den Übergang zu einem effizienteren, mit sauberer Energie betriebenen Energiesystem zu beschleunigen.
In diesem Zusammenhang hat die European Climate Foundation Climact gebeten
- die Hotspots des Erdgasverbrauchs in der EU-Industrie zu identifizieren
- für diese Hotspots die besten kurzfristigen Alternativen zu Erdgas zu untersuchen, d.h. solche, die eine schnelle und signifikante Reduzierung des Erdgasverbrauchs ermöglichen, sei es durch Prozessänderungen, Energieeffizienz oder Brennstoffwechsel und
- Kosten und Nutzen dieser Alternativen zu bewerten
Die esten beiden Teile wurden in einem früheren Artikel behandelt, in dem vier Industriesektoren ermittelt wurden, die zusammen zwei Drittel des Erdgasbedarfs der EU-Industrie ausmachen: der Chemiesektor (Erdgas als Energieträger und als Ausgangsstoff), die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, die Glas- und die Keramikindustrie. Es wurden die besten kurzfristigen Alternativen zu Erdgas für diese vier Sektoren und ihr Potenzial zur Verringerung des Erdgasverbrauchs ermittelt, und es wurde geschätzt, dass etwa ein Viertel des derzeitigen Verbrauchs in den nächsten fünf Jahren verringert werden könnte.
In diesem Artikel werden die Kosten und der Nutzen der besten Alternative (mit dem höchsten kurzfristigen Potenzial zur Reduzierung des Erdgasverbrauchs) für drei dieser Sektoren bewertet: Lebensmittel, Chemie und Glas.
Die Bewertung stützt sich auf:
- eine Literaturrecherche und eine Überprüfung bestehender Pilotprojekte, um die realen OPEX und CAPEX für solche Alternativen sowie die Amortisationszeit zu bewerten
- einen Vergleich dieser Zahlen mit denen des derzeitigen gasbasierten Verfahrens über die gesamte Lebensdauer der Anlage in zwei verschiedenen Energiepreisszenarien
In der ausführlichen Studie werden auch mehrere Factsheets vorgestellt, in denen Pilotprojekte präsentiert werden, bei denen solche Alternativen zu Erdgas umgesetzt wurden. Diese Informationsblätter enthalten Informationen über den Investitionskontext, die Investitions- und Betriebskosten und die Amortisationszeit für diese Projekte.
Lebensmittelsektor
Im Lebensmittelsektor bieten Niedertemperatur-Wärmepumpen (d. h. Wärmepumpen mit Temperaturen unter 100 °C) kurzfristig das größte Potenzial zur Senkung des Erdgasverbrauchs. Sie sind in der Lage, den Bedarf zahlreicher Prozesse in der Lebensmittelindustrie zu decken: Trocknen, Kochen, Erhitzen/Kühlen von Wasser (z. B. Waschwasser), Erhitzen/Kühlen von Dampf (z. B. zur Sterilisierung von Produkten). Die Temperatur kann durch hybride Wärmepumpen und elektrische Heizkessel erhöht werden.
Die durchschnittlichen Investitionskosten für Niedertemperatur-Wärmepumpen im Bereich von 0,5 bis 5 MWth liegen bei 400 € pro thermisches Kilowatt und Jahr, was 8.000 € pro kW für die 20 Jahre ihrer Lebensdauer oder 8 Mio. € für eine 1-MW-Anlage ergibt. In Bezug auf die Anfangsinvestitionen ist die Wärmepumpe etwa dreimal so teuer wie ein herkömmlicher Gaskessel.
Da Wärmepumpen jedoch 3 bis 7 Mal weniger Energie verbrauchen als Gaskessel, sind ihre Brennstoffkosten wesentlich geringer. Daher hängt der Nutzen einer Umstellung von Erdgaskesseln auf Niedertemperatur-Wärmepumpen im Wesentlichen von der proportionalen Differenz zwischen Gas- und Strompreisen ab. Bei den untersuchten Prognosen für Strom- und Gaspreise (Einzelheiten siehe Studie) und einer jährlichen Laufzeit von 6400 Stunden liegen die Brennstoffkosten einer Niedertemperatur-Wärmepumpe bei etwa 200 €/kWth/Jahr, während sie bei Gas etwa 500 €/kWth/Jahr betragen (einschließlich CO2-Kosten von 200 €/kWth/Jahr).
Unter der Annahme höherer Energiepreise (Einzelheiten siehe Studie) belaufen sich die Brennstoffkosten für Wärmepumpen und Gaskessel auf 480 bzw. 1.580 €/kWth/Jahr. Daher ist die höhere Widerstandsfähigkeit von Wärmepumpen gegenüber steigenden Energiepreisen ein wesentlicher Vorteil gegenüber Gaskesseln.
Zu den Pilotprojekten gehört die Anlage in Rødkærsbro, Eigentum der skandinavischen Molkereigenossenschaft Arla, die hauptsächlich Rohmilch zu Käse verarbeitet. Auf dem Gelände wurde 2014 eine Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 1,5 MWth und einer Kühlleistung von 1 MWth installiert. Bei diesem Projekt beliefen sich die Investitionskosten auf 5,5 Mio. € bei einer Lebensdauer der Anlage von 20 Jahren, und die Betriebs- und Wartungskosten (O&M) betrugen 4 €/MWhth. Für dieses Projekt wurde ein Investitionszuschuss von 1,2 Mio. € gewährt. Durch die Installation der Wärmepumpe lassen sich jährlich 16 010 MWh und 2980 Tonnen CO2 einsparen. Mit diesen Energieeinsparungen und dem anfänglichen Investitionszuschuss wurde die Wärmepumpenanlage nach 6,1 Jahren rentabel.
Chemischer Sektor
Bei den energieverbrauchenden Prozessen in der chemischen Industrie sind Wärmepumpen und Elektrokessel die Alternativen mit dem größten kurzfristigen Potenzial zur Senkung des Erdgasverbrauchs. Der höhere Temperaturbedarf als im Lebensmittelsektor könnte jedoch ein Hindernis für den Einsatz von Wärmepumpen in der chemischen Industrie darstellen. Hochtemperatur-Wärmepumpen (HT HP) sind eine aufstrebende Technologie (derzeit in der Lage, Wärme bis zu etwa 200 °C zu erzeugen) und können einen Teil dieser Herausforderung bewältigen.
Da diese Technologie noch nicht so ausgereift ist, sind die Investitionskosten (CAPEX) immer noch deutlich höher als bei Hochtemperatur-Wärmepumpen (ca. 22 040 € pro thermisches kW). Eine höhere Marktdurchdringung dürfte dazu beitragen, die Kosten dieser Technologie zu senken. Das belgische Unternehmen Qpinch stellt Hochtemperatur-Wärmepumpen für die chemische Industrie her, die bis zu 50 % der Prozessabwärme nutzen und in 230 °C warme Prozesswärme umwandeln können.
Zu den Pilotprojekten für diese Technologie gehört die Borealis-Anlage in Zwijndrecht, wo 2021 eine 1,3 MWth HT HP installiert wurde, um die Abwärme der Anlage zu nutzen. Diese HT-WP verbraucht 50 kW Strom, um 1,3 MWth Nutzwärme zu erzeugen. Die Investitionskosten betragen 2,6 Mio. € bei einer Lebensdauer von 20 Jahren. In diesem Fall wurde die Amortisationszeit mit 3 bis 5 Jahren veranschlagt. Diese HT HP führt zu einer Verringerung des jährlichen Erdgasverbrauchs um 10 600 MWh Gas und reduziert die jährlichen CO2-Emissionen der Anlage um 2200 Tonnen.
Glas-Sektor
Im Glassektor stellt die direkte Elektrifizierung (z. B. Elektroöfen) kurzfristig die beste Alternative zu Erdgas dar. Die teilweise Elektrifizierung bestehender Anlagen, das so genannte Electric Boosting, besteht in der Einführung von Elektroden in das Glasbad unter Beibehaltung der vorhandenen Gasbrenner. Sie hat den Vorteil, dass sie keine neue Installation erfordert und relativ einfach in bestehende Anlagen eingebaut werden kann, was sie kurzfristig zur einfachsten Lösung macht. Längerfristig werden vollelektrische Öfen oder hybride Öfen in Verbindung mit Wasserstoff eine praktikable Lösung sein. Das Verhältnis zwischen Gas und Strom kann dann so angepasst werden, dass die Stromnutzung maximiert wird, solange das produzierte Glas die gleiche Qualität behält.
Die Hersteller von Containerglas haben bereits einige elektrische Verstärker in ihren Produktionslinien und variieren den Anteil der Elektrizität zwischen 5 und 15 %, je nach Energiepreis. AGC hat seine Anlagen seit 2020 elektrifiziert. Vor einem Jahr haben sie ihre erste Hybridanlage in Belgien eröffnet. Um die erforderliche Temperatur zu erreichen, werden derzeit 90 % Gas und 10 % Strom verwendet. Ziel ist es jedoch, den Einsatz von Strom durch Widerstände so weit wie möglich zu erhöhen. Für dieses Projekt hat AGC von der belgischen Regierung Subventionen erhalten, die 30 % der Investitionskosten abdecken.
Perspektiven
Der vorliegende Artikel befasst sich mit den Unterschieden zwischen Investitions- und Brennstoffkosten bei der Umstellung von gasbasierten Verfahren auf Alternativen. Aus Sicht der Industrie ist das Gleichgewicht zwischen Kosten und Nutzen in der Tat sehr wichtig, um solche Investitionsentscheidungen zu treffen. Allerdings müssen auch andere Elemente in den Entscheidungsprozess einbezogen werden, die hier nicht berücksichtigt wurden: langfristige Energieabnahmeverträge, verbleibende Lebensdauer bestehender Anlagen, ausreichende Stromübertragungs- oder -verteilungskapazitäten an der betreffenden Anlage… Dies sind wichtige Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umstellung von Erdgas auf Strom, die nicht übersehen werden sollten.
Ein weiteres Element, das berücksichtigt werden muss, ist, dass der Kostenvergleich zwischen erdgasbasierten Prozessen und Alternativen auf aktuellen Energiepreisprognosen beruht, die hauptsächlich auf der Beobachtung der zukünftigen Rohstoffmärkte basieren. Diese Märkte erfassen jedoch nicht die Gesamtheit der verkauften oder gekauften Elektrizität (z. B. auf Day-Ahead- oder Intraday-Märkten). Darüber hinaus werden derzeit auf EU-Ebene Diskussionen geführt, um den Anstieg der Energiepreise zu kontrollieren. Einer davon betrifft den Vorschlag, den Strompreis auf dem Spotmarkt (Day-ahead oder Intraday) durch die Festlegung von Höchstpreisen in Abhängigkeit von der Produktionstechnologie zu begrenzen. Diese Elemente mahnen zur Vorsicht beim Vergleich von erdgasbasierten Lösungen und Alternativen, die ausschließlich auf Preisprognosen beruhen, da diese derzeit mit einem hohen Maß an Unsicherheit behaftet sind.
Schließlich erwähnt die Studie auch eine Reihe von Förderinstrumenten, die Unternehmen bei der Einführung von Alternativen zu Erdgas in ihren Prozessen unterstützen sollen. Zahlreiche in der Studie erwähnte Pilotprojekte kamen in den Genuss solcher Subventionen, was dazu beiträgt, die Amortisationszeit für diese Investitionen zu verkürzen. Um den Prozess des schrittweisen Ausstiegs aus der Verwendung von Erdgas in der EU-Industrie zu erleichtern, ist es für die Unternehmen wichtig, die bestehenden Förderprogramme zu kennen, die dazu beitragen können, dass sich Investitionen in Alternativen zu Erdgas rentieren.
->Quellen: