Simulation Energiekonzept für Ziegelproduktion spart 88 Prozent CO₂

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Wärmepumpen in privaten Haushalten sind weit verbreitet, in der Industrie wird Prozesswärme hingegen oft noch mit Erdgas erzeugt. Um das zu ändern, setzt das AIT Austrian Institute of Technology in Wien unter anderem auf Wärmepumpen für industrielle Prozesse.

Ziel ist es, die Abwärme aus bestehenden Prozessen wieder in die industriellen Verfahren einzubinden und auf diese Weise den Bedarf fossiler Energien deutlich zu senken. Das Forschungsprojekt „Green-Bricks“ wurde vom AIT Austrian Institute of Technology und Wienerberger Österreich gemeinsam umgesetzt und kürzlich mit dem Net Zero Industries Award in Wien ausgezeichnet.

Weltweit erster elektrifizierter Ziegelbrennofen

Der Werksumbau von Wienerberger Österreich in Uttendorf wurde konsequent mit digitalen Werkzeugen, die von Experten des Center for Energy am AIT Austrian Institute of Technology entwickelt wurden, geplant. Im Rahmen des Projekts wurde der weltweit erste elektrifizierte Ziegelbrennofen errichtet und zusätzlich eine Wärmepumpe integriert, die die im Brennprozess entstehende Abwärme des Ofens für die Trocknung der Ziegel nutzt. Rund um den neuen Elektroofen wurden Simulationen erstellt und Prozesse im Sinne des Klimaschutzes digital optimiert. Durch das Zusammenwirken dieser und weiterer Maßnahmen konnten rund 30 Prozent Primärenergie eingespart und die CO₂-Emissionen insgesamt um 88 Prozent reduziert werden.
 

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Nutzung der Abwärme auf andere Branchen übertragbar

Die in dem neuen Ziegelwerk eingesetzte Technologie ist gut transferierbar, da in anderen Industriesektoren vergleichbare Anforderungen bestehen. Deshalb kann die Technologie der elektrischen Heizelemente sowie die Abwärmenutzung durch eine Wärmepumpe mit gewissen Anpassungen auch dort eingesetzt werden. Die signifikanten 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“, so AIT-Forscher Manuel Schieder.
 

Simulation liefert entscheidende Erkenntnisse

In der Industrie werden häufig höhere Temperaturen benötigt als in privaten Haushalten. Je nach Temperaturanforderung können hierfür sogenannte Hochtemperatur-Wärmepumpen eingesetzt werden. „Die Hochtemperatur-Wärmepumpe ist eine relativ neue Technologie mit der Folge, dass kaum ein Industriebetrieb den ersten Schritt in diese Richtung wagt“, schildert Manuel Schieder. „Deshalb sind überzeugende Beispielprojekte notwendig, die mit Demonstrator-Anlagen aufzeigen, dass es funktioniert.“
Im Fall des zugehörigen FFG-Projekts „Vlesh“ („Variable Load Ejector for Steam Heat-pumps“) spielten die mit Support von Cadfem realisierten Simulationen eine große Rolle, um Hochtemperatur-Wärmepumpen, mit der neuwertigen Ejektor-Technologie zur Effizienzsteigerung, genau zu analysieren.
Besonders herausfordernd war die Simulation des Ejektors in dem zeitgleich mehrere komplexe physikalische Phänomene auftreten: Einerseits Überschallgeschwindigkeit und damit einhergehend hohe Turbulenzen, sowie auch Verdampfung. Spezielle Material-Datenbanken im verwendeten Simulations-Tool Ansys Fluent halfen, diese strömungstechnischen Simulationen durchzuführen und den Prozess zu stabilisieren.