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Grüne Lösungen für Prozesswärme in der Chemieindustrie

Kesseltechnik von Bosch für Wasserstoff, Elektrifizierung und Verbesserung der Energieeffizienz

Chemiewerk

Viele Unternehmen berücksichtigen die CO2-Reduzierung oder sogar die Klimaneutralstellung in ihrer Gesamtstrategie. In diesem Zusammenhang stellt sich auch für chemische Industriebetriebe häufig die Frage, wie die Prozesswärme klimaneutral gestellt werden kann. Zahlreiche Anwendungen im Bereich der Chemieproduktion funktionieren nur mit Satt- oder Heißdampf auf hohem Temperaturniveau wie etwa Destillation, Polymerisation oder das Anfahren von Dampfturbinen. Die Verbesserung der Energieeffizienz in Bestandsanlagen oder der Einsatz von CO2-neutraler Technologie können dazu beitragen, die Prozesswärme zu dekarbonisieren. Ausgereifte Lösungen mit Wasserstoff und Elektrifizierung sowie Effizienz-Upgrades bietet Bosch Industriekessel. 

Bereit für die Zukunft: Prozesswärmelösungen von Bosch zur Nutzung von Wasserstoff, Bio-Brennstoffen oder grünem Strom – sowohl für Neuanalgen als auch zur Umrüstung bestehender Anlagen.

Wasserstoff aus chemischen Prozessen

In chemischen Prozessen fällt Wasserstoff häufig als Nebenerzeugnis an. Durch die Weiterverwendung als Brennstoff in Kesselanlagen können die Betriebe den Einsatz von fossilen Energieträgern wie Erdgas oder Öl nachhaltig verringern. Die technologischen Anforderungen für das sichere und effiziente Handling sind bekannt. Bosch Industriekessel hat in den vergangenen zwei Jahren einige Heiz- und Prozesswärmeanlagen mit Wasserstoff für Kunden unter anderem im Bereich Pharmaindustrie und Kunststoffherstellung gefertigt und in Betrieb genommen. Um das Gas nutzen zu können, sind gewisse Faktoren und Technologien zu berücksichtigen, wie etwa die hohe Flammentemperatur. Diese ist mit rund 2000 Grad Celsius erheblich heißer als beispielsweise die von Erdgas. Eine Abgasrezirkulation wirkt dem effektiv entgegen und reduziert die thermische NOx-Bildung zuverlässig. Der Wasserstoffbrenner ist in der Regel als komplexe Mehrstofffeuerung mit entsprechend anspruchsvoller Steuerung ausgeführt, um volle Flexibilität und Versorgungssicherheit zu ermöglichen. Hitzebeständiges Material und Dimensionierung von Kessel- und Feuerraum sind unter anderem weitere, lösbare Anforderungen für die Wasserstoffverbrennung.

Klimaneutralität mit grünem Wasserstoff

Der Weg zur 100-prozentigen klimaneutralen Prozesswärme ist jedoch nur mit regenerativen Energien wie zum Beispiel grünem Wasserstoff möglich. Für eine kurz- oder mittelfristige Realisierung der Klimaneutralstellung gewinnen voraussichtlich dezentrale Insellösungen mit Elektrolyse in Kombination mit erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung. Auch hier lassen sich die Wasserstoffkessel von Bosch integrieren, um das grüne Gas für die Dampf- oder Heißwassererzeugung zu nutzen.

Vereinfachte Darstellung einer grünen Wasserstofferzeugung mit Integration von Prozesswärme

Bei Sonnenschein und Wind können die Firmen den erzeugten Strom direkt und mit über 99 Prozent Wirkungsgrad in Anlagen und Produktion einsetzen. Fluktuiert die Verfügbarkeit von grünem Strom aufgrund von Wetterlage und Tageszeit, spielt Wasserstoff als CO2-neutraler Energieträger seine Stärken aus: Er ist günstiger und mit höherer Energiedichte speicherbar sowie mit hohem Wirkungsgrad verwertbar. Hybride Prozesswärmekonzepte von Bosch wie beispielweise Kessel mit Mehrstofffeuerung und elektrischem Heizelement sind für die Nutzung prädestiniert. Die meisten dieser Anlagen laufen gegenwärtig mangels ausreichend verfügbarem Wasserstoff mit Grünstrom und Erdgas.

Energieversorgung zukunftssicher aufstellen

Aktuell ist nicht eindeutig absehbar, ob Wasserstoff der Energieträger der Zukunft sein wird. Ebenso lässt sich bisher nicht einschätzen in welchem Zeithorizont die Betriebe die Möglichkeit haben, die CO2-Emissionen durch fossile Brennstoffe komplett zu vermeiden. Während grüne Energieträger mit einjähriger CO2-Bindung (Biogas, Bioöl) nur in begrenztem Umfang zur Verfügung stehen, besteht bei grünem Strom und Wasserstoff die Chance auf flächendeckende Substitution dieser vermeidbaren CO2-Belastungen. In einigen Fällen gibt es die Möglichkeit, die vorhandenen Kesselanlagen mit vertretbarem Aufwand zu modernisieren. Die Engpässe sind derzeit noch die Verfügbarkeit und die wirtschaftliche Darstellbarkeit - die Technologie hingegen ist bereits jetzt ausgereift und zum Beispiel zur Nutzung von Wasserstoff aus der Produktion sofort anwendbar. Bei vielen Neuanlagen ist es sinnvoll, schon heute Schnittstellen für die spätere Umrüstung vorzusehen und die Kessel als „hydrogen-ready“ oder als Hybrid mit elektrischem Heizelement auszulegen. 

Hybrid-Kessel mit elektrischem Heizstab erzeugen bei regenerativem Stromeinsatz bis zu 5 MW CO2-neutrale Prozesswärme. Zusätzlichen Bedarf deckt der Brenner des Bosch-Kessels zuverlässig ab.

Zur grundlegenden Verbesserung der Energieeffizienz empfiehlt Bosch Industriekessel, bestehende Prozesswärmeanlagen jetzt auf ihre Zukunftssicherheit zu prüfen. Häufig lassen sich viele ungenutzte Potentiale zur CO2-Reduktion identifizieren und beispielsweise Einrichtungen zur Abwärmerückgewinnung im Rahmen von Umrüstprojekten ergänzen. Das allein kann schon mehrere tausend Tonnen CO2 pro Jahr einsparen und den Brennstoffeinsatz von Erdgas oder Öl enorm verringern. Ebenso reduziert sich für die Betriebe die kürzlich eingeführte CO2-Emissionsabgabe.

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