PuK - Prozesstechnik & Komponenten 2024

Leitartikel
Effizienz und Qualität
Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker
In der Zukunft wird Strom unsere
bevorzugte Energieform sein, da
er fossile Energieträger in E-Autos,
Häusern und Chemiefirmen direkt
oder indirekt ersetzt. Die Wundermittel
für den indirekten Ersatz sind
Wasserstoff und CO 2
.
Wasserstoff ermög licht alles und wird
mit Hilfe von Strom hergestellt, während
CO 2
zwar unserem Klima schadet,
aber zukünftig ein wichtiger Rohstoff
ist. Das bedeutet jedoch, dass
wir 5- bis 8-mal mehr Strom oder
10- bis 16-mal mehr Wind- und Sonnenstrom
als heute benötigen. Dies
ist nur möglich, wenn Photovoltaikund
Windkraftanlagen viel effizienter
werden, da unsere Fläche sonst nicht
aus reicht und es oft auch Widerstand
aus der Bevölkerung gibt. Daher müssen
wir Energie importieren. Ammoniak
ist zweifellos die beste Wahl, da
es einen hohen Wasserstoffgehalt hat
(110 Kg/m 3 ) und für den Transport
nur einen Überdruck von ca. 10 bar
benötigt. Die Technologie zur Rückgewinnung
des Wasserstoffs ist verfügbar
und relativ effizient. Australien
verspricht 1,5 $, momentan sind es
2 $ pro Kilogramm Wasserstoff, vermutlich
eingespeichert in Ammoniak.
Allerdings wird er bei uns nicht
so preiswert ankommen. Die Gründe
sind Investitionen für die Herstellung
in der Ferne, Bau von Transportschiffen,
Transport, die Annahmesysteme
in Häfen und die noch auszubauenden
Verteilungsstrukturen in Europa.
Ammoniak ist giftig, weshalb nicht
damit gerechnet werden kann, dass
es durch Pipelines gepumpt oder in
kommunalen Strukturen eingesetzt
werden wird. Daher werden die Gasversorgungsnetze
in Deutschland
auf Wasserstoff umgebaut. Derzeit
kostet Wasserstoff in Deutschland
4,55 €/Kg. Das Wuppertal-Institut hat
veröffentlicht, dass Wasserstoff in
Deutschland preiswerter hergestellt
werden kann als der importierte in
Ammoniak. Dies gilt besonders,
wenn der Strom dafür über Photovoltaik
selbst erzeugt wird (aktuell ca.
8,5 Cent/KWh, dann 2,83 €/Kg). Daher
sollten wir in Europa so viel Wasserstoff
wie möglich und vernünftig ist,
herstellen. Damit dürfte unsere Energieversorgung,
zusammen mit dem
Import, sicherzustellen sein. Der Weg
dorthin ist jedoch noch weit und bis
dahin werden wir möglicherweise
manchmal Strommangel haben. Aufgrund
politischer Veränderungen besteht
zumindest ein gewisser Zweifel,
ob wir den Energieimport immer
problemlos bekommen werden. Daher
sollten wir diese Bedrohung als
Chance nutzen und Produkte entwickeln,
die besser sind als alles Vergleichbare
auf der Welt. Die Schlüssel
dafür sind Effizienz in allen Facetten
und Haltbarkeit. Wir sollten Maschinen
und Apparate bauen, die in Wirkungsgrad
und Lebensdauer alle anderen
übertreffen.
Richten wir den Fokus auf die Prozesstechnik,
so liegt es nahe, über
Wärme, Maschinen (Pumpen, Kompressoren,
usw.), Anlagen, Strom, Materialien
und den Overhead effizienztechnisch
in den Fokus zu nehmen.
Wärmeenergie und Wärmeaggregate
Wärme ist ein physikalischer Zustand,
den wir technisch sowie privat benötigen.
Leider kann Wärme nicht oder
nur in mobilen und sehr gut isolierten
Wärmespeichern (teuer) transportiert
werden. Daher sollte Wärme dort verbraucht
werden, wo sie entsteht, und
man sollte unbedingt versuchen, sie
dort auf hohem Energieniveau zu halten,
wo sie genutzt wird. Dies bedeutet,
dass Verluste durch Wärmeableitung
durch gute Isolation minimiert
oder bestmöglich genutzt werden
sollten. Zudem können warme Ströme
durch Kompres sion, Brüdenverdichtung
oder Wärmepumpen
ver edelt und so auf höhere Temperaturen
gehoben werden.
In der Prozesstechnik bedeutet dies
die Nutzung von Wärmekaskaden
oder Methoden zur Wärmeveredelung,
wie:
1) Der kalte Wärmestrom kühlt den
warmen Strom, der warme den heißen
Strom usw.! Der heiße Strom
kann entweder mit einer Carnotbatterie
in elektrischen Strom zurückverwandelt
oder die anfallende
Restwärme zum Heizen verwendet
und erneut der Veredelung zugeführt
werden.
2) Steht ein warmer Wasserstrom zur
Verfügung, den man nicht mehr
nutzen kann, könnte dieser dem
Nachbarn zum Heizen zur Verfügung
gestellt oder so veredelt werden,
dass ein Niveau erreicht wird,
welches eine erneute Verwendung
zulässt (z. B. von diesem Niveau
wieder erhitzen oder bei Gasen
oder Dampf, Brüdenverdichtung
bzw. Kompression).
3) Wenn ein heißer Strom vorhanden
ist und nicht mehr genutzt werden
kann, sollte er in einem mobilen
Wärmespeicher gespeichert oder
über eine Carnot-Batterie in elektrischen
Strom umgewandelt werden.
4) Bei Bedarf an Wärme und Kälte
können mit einer Wärmepumpe
sowohl Kälte als auch Wärme erzeugt
werden, oder die Wärme
kann zur Erzeugung von Kälte genutzt
werden, wodurch ein wärmerer
Strom entsteht.
Pumpen und Kompressoren
Die Auswahl einer Pumpe hängt vom
Prozesstyp ab, mit dem ein bestimmtes
Produkt hergestellt werden soll.
Wenn kein Zwang aus dem Vorhaben
besteht, wählt man eine Kreiselpumpe,
da sie kostengünstig und
robust ist. Allerdings hat sie bei kleinen
Förderströmen oder großen Regelbereichen
einen schlechten Wirkungsgrad.
Daher stellt sich die Frage
nach den Kosten. Die Kosten für eine
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PROZESSTECHNIK & KOMPONENTEN 2024