Teilprojekt 6

Zur Erfüllung der Klimaschutzziele stellt die Dekarbonisierung der Wärmeerzeugung einen großen Ansatzpunkt dar. Dies wird insbesondere durch die Tatsache gestützt, dass bei der Betrachtung des Endenergieverbrauchs für Wärme nach Anwendungsbereichen und Sektoren im Jahr 2017 rund 625 TWh für Prozesswärme verbraucht wurden – ein Großteil in Form von Prozesswärme bei hohen Temperaturen in der Industrie (515 TWh).

Eine Studie aus dem Jahr 2018 [1] bezifferte das Potential für industrielle Wärmepumpen auf rund 626 PJ (ca. 174 TWh) pro Jahr für Nutztemperaturen bis zu 150 °C. Das größte Potential liegt in der Lebensmittel- und Tabakindustrie gefolgt von der chemischen Industrie und der Papierindustrie.

Das Angebot von Wärmepumpen mit großer Leistung und entsprechend hohen Vorlauftemperaturen ist im gleichen Atemzug in den vergangenen Jahren ständig gewachsen [2]. Es existieren verschiedene Wärmepumpen-Modelle, die entsprechende Nutztemperaturen bis 90 °C erreichen. Im Bereich oberhalb 100 °C finden sich nur wenige kommerziell verfügbare Systeme. Die Höhe der erreichbaren Vorlauftemperatur wird in erster Linie durch die Wahl des Kältemittels, der Auslegung und des Verdichtertyps bestimmt. Neben der Technologieentwicklung an Verdichtern und der Kältekreis-Auslegung ist der Generationenwechsel bei den Kältemittel das vorherrschende Thema. Natürliche Kältemittel wie Ammoniak, CO2, Kohlenwasserstoffe – beispielsweise Butan - aber auch Hydrofluorolefine (HFO) sind in der Diskussion und werden bereits vermehrt eingesetzt.

Allerdings existieren zahlreiche Hemmnisse für die Verbreitung von industriellen Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTWP) [2]. Ein wesentliches, nicht-technisches Hemmnis ist ein zu geringer Bekanntheitsgrad der technischen Möglichkeiten und der wirtschaftlich realisierbaren Anwendungspotentiale von Wärmepumpen bei Investoren und Anlagenplanern aber auch bei Technikern. Beide Hemmnisse, sowohl technische Fragestellungen wie auch der Abbau von Wissenslücken insbesondere auch im Umgang mit natürlichen Kältemittel sollen in diesem Teilprojekt bearbeitet werden.