Die Bereitstellung von Prozesswärme ist für viele Industriezweige ein unverzichtbarer Grundpfeiler der Produktion. Ob in der Lebensmittelverarbeitung, der chemischen Industrie oder bei Hochtemperaturanwendungen wie der Metall- oder Glasherstellung – ohne Wärme laufen zentrale Prozesse nicht. Mit der Energiewende verschiebt sich jedoch der Fokus: weg von fossilen Brennstoffen, hin zu Lösungen, die langfristig ohne CO2-Emissionen auskommen.
Prozesswärme für unterschiedliche Industrieanforderungen
Die Herausforderung besteht darin, den enormen und vielfältigen Wärmebedarf der Industrie klimafreundlich zu decken. Dabei stehen zwei Ansätze im Mittelpunkt: die Nutzung elektrischer Systeme auf Basis erneuerbarer Energien und die Weiterentwicklung thermischer Verbrennungsverfahren mit CO2-neutralen Brennstoffen. Beide Ansätze haben spezifische Stärken, Grenzen und Anwendungsfelder. Besonders spannend ist die Frage, wie sich ihr Verhältnis bis 2050 entwickeln wird und welche Rolle sie in unterschiedlichen Temperatur- und Leistungsbereichen spielen können.
Um die Bedeutung der verschiedenen Technologien einschätzen zu können, ist es entscheidend, die Anforderungen der Industrie an Prozesswärme genauer zu betrachten. Je nach Branche und Anwendung variieren die benötigten Temperaturen und die Anlagengrößen erheblich.
Prozesswärme – Anforderungen und Spannbreite
In industriellen Produktionsprozessen reicht der Bedarf von vergleichsweise niedrigen Temperaturen unter 100 °C, wie sie etwa bei Trocknungs- oder Pasteurisierungsschritten erforderlich sind, bis hin zu extremen Temperaturen von über 1.500 °C, wie sie in der Metall-, Glas- oder Zementindustrie benötigt werden. Die typische Leistungsspanne von Feuerungsanlagen bewegt sich dabei zwischen 0,5 MW und 100 MW.
Zur besseren Systematisierung hat sich eine Einteilung in drei Temperaturbereiche etabliert:
Niedertemperatur (NT): < 200 °C
Mitteltemperatur (MT): 200 bis 500 °C
Hochtemperatur (HT): > 500 °C
Während NT-Prozesse häufig mit Warmwasser, Heißwasser oder Niederdruckdampf realisiert werden können, erfordern MT- und HT-Anwendungen in der Regel eine direkte oder indirekte Beheizung mit hohen Wärmestromdichten, schnellen Reaktionszeiten sowie einer hohen thermischen Belastbarkeit.
Entwicklung der Wärmebereitstellung bis 2050
Laut Studien des Forschungszentrums Jülich („Wege zur Klimaneutralität 2050“) ist langfristig ein Rückgang des Gesamtwärmebedarfs in Deutschland zu erwarten, vor allem im Gebäudebereich. In der Industrie hingegen bleibt der Bedarf an Prozesswärme trotz zunehmender Effizienz stabil. Zur Erreichung der Klimaziele muss dieser Bedarf künftig weitgehend CO2-neutral gedeckt werden.
Ein zentraler Ansatz ist die Elektrifizierung, deren Anteil an der industriellen Wärmebereitstellung – je nach Szenario – bis 2050 auf über 50 Prozent steigen könnte. Dies betrifft vor allem NT- und ausgewählte MT-Anwendungen, bei denen elektrische Technologien bereits heute wirtschaftlich einsetzbar sind. In den Bereichen oberhalb von 500 °C bleibt jedoch ein signifikanter Anteil an thermischer Erzeugung bestehen, da elektrische Alternativen dort entweder noch nicht verfügbar sind oder technisch beziehungsweise wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig.
Elektrische Wärmeerzeugung: Potenziale und Grenzen
Elektrische Heizsysteme wie Widerstandsheizungen, Elektrodendampferzeuger, Induktionsheizungen oder Hochtemperatur-Wärmepumpen bieten eine hohe Regelbarkeit, direkte CO2-Freiheit bei Grünstrombezug und geringe Emissionen. In NT-Anwendungen mit geringen bis mittleren Leistungen (1 bis 10 MW) sind sie in vielen Fällen bereits heute Stand der Technik.
Die Herausforderung beginnt bei zunehmender Leistung und Temperatur: In MT-Anwendungen zwischen 200 °C und 500 °C ist eine Elektrifizierung möglich, jedoch oft mit erhöhtem Aufwand verbunden, beispielsweise aufgrund des hohen spezifischen Stromverbrauchs, der notwendigen Netzanschlüsse oder der fehlenden Kompatibilität mit bestehenden Prozessen. Im HT-Bereich (> 500 °C) befinden sich elektrische Technologien wie Plasma- oder Lichtbogenheizungen zwar in der Entwicklung, flächendeckende industrielle Anwendungen sind derzeit jedoch nicht verfügbar.
Auch wirtschaftlich ist der Einsatz elektrischer Systeme stark von den jeweiligen Strompreisen, der Verfügbarkeit CO2-neutraler Elektrizität sowie regulatorischen Rahmenbedingungen (zum Beispiel CO2-Bepreisung, Netzentgelte) abhängig.
CO2-neutrale Brennstoffe für industrielle Feuerungsanlagen
Trotz der zunehmenden Elektrifizierung bleibt die thermische Verbrennung in vielen industriellen Anwendungsbereichen technisch und wirtschaftlich konkurrenzlos. Sie bietet hohe Leistungsdichte, etablierte Regelungstechnik, Robustheit und Flexibilität im Betrieb – Eigenschaften, die insbesondere in HT-Prozessen sowie bei großer Anlagenleistung unerlässlich sind.
Zudem eröffnet die Weiterentwicklung hin zu CO2-neutralen Brennstoffen – etwa grünem Wasserstoff, Biogas oder biogenen Reststoffen – Perspektiven für eine klimaneutrale Verbrennung. Brennertechnologien werden bereits heute auf alternative Gase ausgelegt oder entsprechend weiterentwickelt, wie bei dem Technologieunternehmen Saacke. Ebenso rücken hybride Systeme in den Fokus, bei denen elektrische und thermische Energiequellen kombiniert werden, um Flexibilität und Versorgungssicherheit zu erhöhen.
Zwei Technologiepfade für klimaneutrale Prozesswärme
Im Zuge der Energiewende wird sich die industrielle Wärmebereitstellung verändern – differenziert, technologieoffen und sektorspezifisch. Die Elektrifizierung wird dort an Bedeutung gewinnen, wo sie technisch, ökonomisch und infrastrukturell sinnvoll ist, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen und geringen Leistungen. Gleichzeitig wird die Verbrennung, insbesondere bei hohen Temperaturen und großen Leistungsanforderungen, auch langfristig ein zentraler Bestandteil der industriellen Wärmeversorgung bleiben.
Für eine erfolgreiche Dekarbonisierung müssen daher beide Pfade parallel weiterentwickelt werden: Es müssen effiziente elektrische Systeme für geeignete Anwendungen sowie zukunftsfähige, emissionsarme Verbrennungslösungen für anspruchsvolle industrielle Prozesse entwickelt werden. Nur durch diesen integrativen Ansatz lassen sich Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und Klimaziele gleichzeitig realisieren.
