Modulare Lösung zur Energierückgewinnung und -speicherung verwandelt Rauchgasabwärme in echten Gewinn
Energieintensive Industrien produzieren große Mengen an Abwärme, die hohe Temperaturen aufweist. Jedoch bleibt ein beträchtlicher Teil dieser Energie ungenutzt. Europa könnte allein durch die Nutzung der Abwärme von Rauchgasen jährlich Millionen Tonnen an CO2-Emissionen vermeiden und damit die Effizienz unzähliger industrieller Prozesse steigern. Eine große Herausforderung bei der Rückgewinnung von Abwärme in Form von Energie besteht darin, dass industrielle Prozesse wie beispielsweise die Keramikherstellung und das Aluminiumrecycling eher in Chargen als kontinuierlich ablaufen. Infolgedessen gilt es, Energie aus einer unstetigen Quelle zurückzugewinnen. Zudem sind die freigesetzten heißen Abgase wahrscheinlich stark korrosiv, sodass die Rückgewinnungstechnik aggressiven Substanzen standhalten muss. Das EU-finanzierte Projekt Smartrec hat bei der Konstruktion eines modularen Systems Pionierarbeit geleistet, das die Abwärme aus korrosiven, verunreinigten und zeitweise unterbrochenen Abgasströmen zurückgewinnt und verwaltet. Das System, das Wärmerückgewinnung und -speicherung in sich vereint, soll 40 % der in industriellen Prozessen verlorengegangenen Abwärme „einfangen“. Die Aufmerksamkeit gilt der mittel- und hochgradigen Wärme, die Temperaturen von über 100 °C annimmt. Die Idee besteht darin, dass diese Energie dann entweder zur Wiederverwendung im selben Prozess oder zur Neuverteilung an andere Orte innerhalb eines Industrieparks zur Verfügung steht.
Effiziente Wärmeübertragung durch Wärmerohr-Wärmetauscher
Der erste Teil der Wärmerückgewinnungslösung beinhaltet die Entwicklung einer maßgeschneiderten Wärmerohrtechnik, die zum Einsatz in Wärmetauschern bestimmt ist. Lisa Roby, Projektmanagerin bei Altek, erläutert: „Wärmerohr-Wärmetauscher übertragen Energie von einem heißen Abwärmestrom zu einem kühleren Strom. Unsere Technik unterscheidet sich von anderen Wärmetauschern insofern, dass die Wärme durch einige Wärmerohre übertragen wird.“ Jedes Wärmerohr ist in drei Abschnitte unterteilt: den Verdampfer, den adiabatischen (Transport) und den Kondensator. Wärme, die von außen in den Verdampferabschnitt gelangt, wird durch die Rohrwand geleitet, wo sie das Arbeitsmedium verdampft. Der Dampfdruck schiebt das verdampfte Arbeitsmedium durch den adiabatischen Abschnitt zum Kondensator. Dort kondensiert der Dampf erneut zu Flüssigkeit und fließt zurück zur Wärmequelle, um weiterhin Wärme zu übertragen. „Hauptvorteil unserer Wärmerohrtechnik ist, dass die Oberflächen isotherm sind (eine konstante Temperatur halten), wodurch die Korrosionsanfälligkeit verringert wird, die bei Plattenwärmetauschern ein echtes Problem darstellen kann“, ergänzt Roby.
Innovatives Konzept zur Speicherung von Wärmeenergie
Smartrec bietet eine Komplettlösung zur Abwärmespeicherung an, bei der das flüssige Wärmeträgermedium teilweise durch ein festes Medium ersetzt wird. Dieses Konzept mit zwei Medien erfordert einen einzigen Speichertank, in dem die heiße Flüssigkeit oben von der kalten Flüssigkeit unten durch einen thermischen Gradienten, die sogenannte Thermokline, getrennt ist. „Im Vergleich zu ähnlichen Lösungen enthält unsere Thermokline-Anlage zwei Wärmeträgermedien: Thermoöl, das die Anlage passiert, und Steine (Quarzite), die sich darin befinden. Dadurch wird der thermische Wirkungsgrad verbessert, da bei einer gegebenen Wärmespeicherkapazität weniger Speichermaterial benötigt wird“, erklärt Roby. Die Projektpartner arbeiten nun an der Verfeinerung ihrer Technologien, um sie anschließend in einer Pilotanlage in Altek vorzuführen. Sind die Bemühungen erfolgreich, „könnte ein Ofen mit einer Aluminiumrecycling-Kapazität von 20 Tonnen/Tag 190 Tonnen CO2-Emissionen jährlich einsparen. Dies entspricht 42 Autos weniger auf der Straße“, so Roby abschließend.
Schlüsselbegriffe
Smartrec, Abwärme, Wärmerohr, Wärmetauscher, Aluminiumrecycling, Rauchgas, Keramikproduktion, Thermokline, energieintensive Industrie
