Ressourceneffizienz durch Wärmerückgewinnung

Eine Pharmafirma stellt Generika her, welche in chemischen Batch-Reaktoren produziert werden. Um in den Prozessreaktoren jederzeit die benötigten Temperaturen herstellen zu können und damit die Reaktionen genau und kontrolliert ablaufen zu lassen, werden Betriebsmedien mit drei unterschiedlichen Temperaturniveaus zur Verfügung gestellt. Das warme Wasser und das kalte Propylenglykol-Wasser-Gemisch müssen im Rücklauf vom Prozess erneut von 70 auf 90 °C erhitzt bzw. von -4 auf -10 °C gekühlt werden. Dabei erfolgte die Erhitzung des Wassers bisher über einen konventionellen Kessel-Heizprozess, der auf fossilen Brennstoffen basierte. Die Kälteerzeugung zur Kühlung des Propylenglykol-Wasser-Gemisches fand über eine herkömmliche Kältemaschine statt. Prozesswärme und -kälte wurden getrennt erzeugt. Das betreffende Pharmaunternehmen wurde zu diesem Prozess von der Firma thermea Energiesysteme GmbH beraten. Dieses mittelständische Unternehmen stellt in Deutschland unter dem Markennamen „thermeco₂“ Hochtemperaturwärmepumpen, Kältemaschinen und Drucklufttrockner für den industriellen Einsatz und die Gebäudetechnik her. Das folgende Beispiel basiert auf Informationen der thermea.

Da bei dem Pharmaunternehmen sowohl Kühl- als auch Heizprozesse stattfinden, lag es hier nahe, eine Wärmepumpe als Bindeglied zwischen beiden Prozessen einzubauen. Das Prinzip des thermea-Wärmepumpen-Kreisprozesses ist analog dem linksläufigen Kreisprozess bei herkömmlichen Kompressionskältemaschinen bzw. Wärmepumpen. Mit dieser Wärmepumpe wird auf der Kaltwasserseite das PropylenglykolWasser-Gemisch von -4 auf -10 °C gekühlt und auf der Warmwasserseite das Wasser von 70 auf 90 °C erhitzt. Die Wärmepumpe wird mit dem natürlichen Kältemittel CO2 betrieben. So wird der bestehende Heizprozess (Gaskessel) im Rücklaufsystem ersetzt und hauptsächlich nur noch als Redundanz benötigt. Zur Erreichung der hohen Wassertemperaturen wird in der thermea-Wärmepumpe das CO2 bis in den überkritischen Bereich verdichtet. Die Energie des überkritischen Kältemittels wird isobar an Wasser abgegeben.

Durch den Einbau der Wärmepumpe konnten 100 % Wärmeenergie im Rücklaufsystem gespart werden. Die thermea. Energiesysteme GmbH schätzt den bisher im Jahresdurchschnitt angefallenen Stromverbrauch auf circa 595.000 kWh. Bei einem durchschnittlichen Stromverbrauch von 525.000 kWh pro Jahr durch die neue Wärmepumpe konnte eine Reduktion von ~ 70.000 kWh pro Jahr erzielt werden. Ein weiterer positiver Nebeneffekt zur Energieeinsparung zeigt sich in der Reduzierung des Einsatzes klimaschädlicher Treibhausgase, da die bisher eingesetzte Kältemaschine ein Kältemittel mit hohem Treibhauspotenzial enthielt. Die neue Wärmepumpe verwendet CO2 als Kältemittel und ist damit weniger klimaschädlich.