Drei Wege in Richtung Dekarbonisierung

Wärmerückgewinnung im Kraftwerk in Rozzano

In Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen geht in der Regel ein Teil der erzeugten Wärme verloren und wird als Abwärme an die Umwelt abgegeben. Dies bedeutet nicht nur einen Energieverlust, sondern auch eine unnötige Belastung für die Umwelt.

Um dieses Problem in eine Lösung umzuwandeln, setzen wir bei der Modernisierung des Fernwärmesystems in Rozzano neben anderen Wärmequellen auf die Abwärmerückgewinnung aus KWK-Anlagen. Der Zeitpunkt ist ideal: Der italienische Standort in einem sozialen Brennpunkt vor den Toren Mailands wird derzeit umgebaut und mit innovativer Technologie aufgerüstet. Teile des Projekts sind die optimierte Nutzung der CHP-Anlage mit Nutzung der elektrischen Überschussleistung sowie die Nutzung (also Rückgewinnung) der Prozesswärme aus anderen Produktionsanlagen in der Nachbarschaft.

Zu diesem Zweck werden die Rohrleitungen des Fernwärmenetzes bis zu den Betrieben verlängert, in denen die Wärme durch lokale Wärmeaustausch- und Wasserpumpstationen in das Netz eingespeist wird, anstatt abgeleitet zu werden.

Auf diese Weise kann die mithilfe der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) erzeugte Energie - 1.200 kWe, 613 kWt (Dampf), 630 kWt (Heißwasser) - genutzt werden. Die im ersten Schritt realisierte CO2-Reduktion wird mit der Anbindung und Bereitstellung der Überschusswärme für den Bezirk Rozzano zukünftig auf circa 905 tCO2 pro Jahr gesteigert. Diese Einsparungen ermöglichen es, der sozial schwachen Bevölkerung von Rozzano niedrigere Wärmepreise anzubieten.

Innovationsmix für Raunheim

Die Bewohner:innen der Ringstraßensiedlung in Raunheim wurden mit jedem Jahr unzufriedener. Der Grund: Das Quartier wurde bereits in den 60er-Jahren gebaut und war technisch und optisch in die Jahre gekommen. 2001 wurde die Siedlung deshalb in das Programm „Soziale Stadt“ aufgenommen und bekam eine Quartiersmanagerin, die die Lebensqualität für die Bewohner:innen verbessern sollte. Eine der Maßnahmen des neuen Quartiersmanagements war die Verbesserung der Energieversorgung: effizient, nachhaltig, bezahlbar – so sollte der neue Energiemix sein. GETEC entwickelte ein modernes Konzept für die circa 1.500 Wohneinheiten (Wärmebedarf bis zu 24.000 MWh) und bekam den Auftrag. Im Februar 2022 wurden die Blockheizkraftwerke und das Power-to-Heat-Modul in Betrieb genommen. Der Start der Wärmepumpe im Jahr 2023 war gleichzeitig die Dauerinbetriebnahme der gesamten IKWK-Anlage. Die Grundidee des innovativen Kraft-Wärme-Kopplungskonzepts: das bestehende Fernwärmenetz, genauer zwei Gaskessel (5,8 MW) und einen Pelletkessel (4 MW), mit nachhaltigerer Wärmeerzeugung auszustatten (siehe Grafik rechts). So kann die Wärme mit einem deutlich höheren Anteil regenerativer Energie erzeugt und zusätzlich noch Strom generiert werden. Dazu wurden zwei elektrische Blockheizkraftwerke (je 2,3 MW) installiert. Die Blockheizkraftwerke wandeln Gas in Wärme UND Strom. Die Abwärme wird zum Heizen in der Siedlung genutzt und der Strom wird ins Netz eingespeist und verkauft. Das zweite Modul ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe (1,9 MW). Sie benötigt Strom, geht damit aber durch ihr cleveres Funktionsprinzip sehr effizient um. Sie produziert im besten Fall aus circa einem Kilowatt Strom drei bis vier Kilowatt Wärme. Die Wärme kann dann beispielsweise an heißen Sommertagen gespeichert werden und steht abends wieder zu Verfügung, wenn die Bewohner:innen das Warmwasser nutzen wollen. Da die Wärmepumpe besonders umweltfreundlich ist, schlägt sich die Nutzung positiv in der CO2-Bilanz nieder. Die dritte Anlage ist das Power-to-Heat-Modul (1,6 MW). Dieser Wärmeerzeuger funktioniert im Prinzip wie ein elektrischer Durchlauferhitzer. Dieses Modul bietet die Möglichkeit, im Falle eines Überschusses im Stromnetz kurzfristig viel Wärme aus Strom zu erzeugen. Die Leistung ist nicht besonders effizient: Es generiert aus einem Kilowatt Strom ein Kilowatt Wärme. Dieses Modul einzubauen ist aber regulatorische Vorschrift, da man es zu jeder Zeit unter fast allen Umständen nutzen kann. Ergänzt wird das Konzept durch zwei Pufferspeicher (80 m³ / 250 m³). Der Pelletkessel aus dem alten Bestand ist inzwischen überflüssig und wurde abgebaut. Die verschiedenen Module haben alle ihr Vor- und Nachteile. Welche gewählt werden, hängt vom aktuellen Marktpreis der benötigten/verkauften Energie oder den klimatischen Umständen ab. Deswegen laufen die Anlagen nicht gleichzeitig, sondern je nach Bedarf im Wechsel. Die Steuerung läuft über einen Fahrplan, der in kurzen Zeiträumen die jeweiligen Energiebörsen abfragt. Es wird immer der Energieträger angesteuert, der zum jeweiligen Zeitpunkt der wirtschaftlichste ist. Dieser Prozess ist weitestgehend automatisiert und hat sich inzwischen vielfach bewährt. Die Anlage ist also in zwei Aspekten nachhaltig: ökologisch und wirtschaftlich. Mit Blick auf die 1.500 Bewohner:innen der Ringstraßensiedlung ist es für GETEC – wie auch für die Auftraggeber – wichtig, immer die richtige Balance zwischen sauber und bezahlbar zu halten. So kann die energetische Transformation auch mittelfristig gelingen. Denn Nachhaltigkeit bedeutet für die Einwohner:innen der Ringstraßensiedlung vor allem zwei Dinge: bezahlbare Preise und saubere Energie.

Carbon Capture in der Schweiz

Eine der größten Herausforderungen des Klimawandels ist der hohe Anteil von CO2 in unserer atmosphärischen Luft. Deswegen steht die Reduktion der CO2-Emissionen im Fokus des Klimaschutzes. Dafür gibt es innovative Verfahren, die als CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) bezeichnet werden. Bei diesen Verfahren wird CO2 entweder direkt aus der atmosphärischen Luft (Direct Air Capturing – DAC) oder aus höher konzentrierteren CO2-Strömen (Point- Source Capture) entfernt und dann weiterverwertet oder permanent gelagert. An der GETEC Plattform Schweiz gibt es zu diesem wichtigen Thema Initiativen mit unterschiedlichen Ansätzen. Eines der interessantesten Projekte entstand aus der Zusammenarbeit mit der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW). Hier entwickelt GETEC mit jungen Expert:innen eine eigene Lösung für die Kund:innen des Industrieparks. Die Initiative, die im Februar 2023 startete, ist nach intensiver Arbeit mit Masterstudent:innen weit fortgeschritten. Die Anfangsaufgabe war eine Plausibilitätsstudie für die CO2-Abscheidung am Beispiel einer kleineren Verbrennungsanlage (Point-Source Capture). Daraus entwickelte sich eine konkrete Lösung, die jetzt in die Umsetzungsprüfung geht: In einem Verfahren wird das CO2 nicht nur abgeschieden und permanent gelagert, sondern auch zu einem vermarktbaren Stoff weiterverarbeitet. Das Ergebnis des Prozesses ist Methanol, das in der chemischen Industrie oder der Transportindustrie verwendet werden kann. Die Projektverantwortlichen haben sich für den Wertstrom mit dem Produkt Methanol entschieden. Einerseits, weil es schwierig ist, CO2 aus einem Industriepark an die Nahrungsindustrie zu verkaufen. Andererseits übersteigen die gewonnenen CO2-Mengen der „kleineren“ Verbrennungsanlage die restliche CO2-Nachfrage der anderen Industrien. Das Ergebnis stellt alle Stakeholder zufrieden: sauberere Luft (Gesellschaft), neuer Wertstrom (GETEC) und niedriger CO2-Wert (Kunden). „Unsere Kunden in der Schweiz finden das Thema Carbon Capture hochspannend, weil jeder weiß, dass es in ungefähr zehn Jahren strengere Regelungen zum CO2-Ausstoß geben wird. Wir wollen deshalb in dieser Entwicklung ganz vorne dabei sein. Um das groß aufzuziehen, brauchen wir jetzt eine Demoanlage. Das gehen wir so schnell wie möglich an“, so Projektsponsor Arthur Gebhardt.