TY - THES

T1 - Entwicklung der industriellen Abwärme in ausgewählten Standorten

AU - Singer, Christoph

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Als Teil des von der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) geförderten Projekt „Heat Highway“ werden, im Rahmen dieser Masterarbeit, neun spezielle Standorte aus vier verschiedenen Industriebranchen sowie einer Gasverdichterstation auf ihre zukünftig verfügbare Abwärme untersucht. Diese Standorte wurden als Teil der energieintensiven Industrie und aufgrund der Nähe zur geplanten Wärmeschiene „Heat Highway“ entlang der Mur/Mürz-Furche ausgewählt.Ziel dieser Masterarbeit ist es eine Methodik zu entwickeln, mit welcher die Veränderung der verfügbaren Abwärme an den untersuchten Standorten bis zum Schlüsseljahr 2050 darstellbar ist. Dazu wurden in einer umfangreichen Literaturstudie zu aktuellen Roadmaps der österreichischen sowie europäischen Branchenvertretungen geplante Strategien für die verpflichtende Dekarbonisierung der Industrie bis zum Jahr 2050 erarbeitet. Auf Basis der Erkenntnisse aus der Literaturstudie wurde anschließend anhand verschiedener Kennzahlen Methodiken erarbeitet, welche die Veränderung der vorhandenen Abwärme für die Zukunft darstellen können. Als effektivste Methode für die produzierende Industrie hat sich die Produktionsmenge bzw. für die untersuchte Gasverdichterstation die transportierte Menge an Erdgas als Kennzahl für die Abwärmemenge herausgestellt. Mit dieser Erkenntnis wurden im Anschluss Szenarien für die Veränderung der Produktionsmenge der einzelnen Standorte durchgeführt. Als Basis für die Berechnung der konkreten Mengen an verfügbarer Abwärme in Form von Abwärmepotentialen der untersuchten Standorte, dienten die Ergebnisse des Ist-Stand aus dem umfangreichen Projekt „Industrial Excess Heat“. Durch die Verknüpfung der Ausgangsbasis mit den entwickelten Szenarien für die Energiemenge sowie der Berücksichtigung von bevorstehender Technologieänderungen und der allgemeinen Annahme eines Brennstoffwechsels auf Wasserstoff für das Jahr 2050, konnten konkrete Werte für die verfügbare Abwärme der Stützjahre 2030 und 2040 sowie des Schlüsseljahres 2050 berechnet werden. Die Ergebnisse werden nach Temperaturniveaus in < 50 °C, 50 – 100 °C sowie > 100 °C eingeteilt. Weiters erfolgt eine Kategorisierung nach eingesetzten Energieträgern.Aus den Ergebnissen geht eine deutliche Veränderung des Abwärmepotentials der Eisen- und Stahlindustrie, sowie der Gasverdichterstation hervor. Das Potential der Eisen- und Stahlindustrie ist vor allem durch die bevorstehenden Veränderungen der Primärstahlherstellung der voestalpine Donawitz geprägt. Durch den Wegfall der Sinteranlage, der Hochöfen, des Stahlwerks sowie der thermischen Kraftwerke zur Verwertung der Kuppelgase sinkt das technische Abwärmepotential von etwa 1600 GWh/a im Jahr 2019 auf nur mehr etwa 326 GWh/a im Jahr 2050. Das Potential der Gasverdichterstation wird von dem bevorstehenden Rückgang der Erdgasverbrauchs in Europa definiert. Damit reduziert sich der Durchfluss durch die Verdichterstation und somit das anfallende technische Abwärmepotential von etwa 320 GWh/a des Basisjahres 2019 auf nunmehr 65 GWh/a im Jahr 2050. Das technische Potential der Papier- und Zellstoffindustrie wird durch die Umstellung von Erdgas auf Wasserstoff als Energieträger beeinflusst und sinkt leicht von ursprünglich etwa. 3500 GWh/a auf ca. 3160 GWh/a. Das technische Potential der Zementindustrie ist durch die Reduktion des Klinkeranteils bis zum Jahr 2040 geprägt und sinkt von etwa 100 GWh/a auf ca. 70 GWh/a.Abschließend wurden die berechneten technischen Potentiale auf die Randbedingungen des Heat Highway angepasst und mit den gesammelten Erkenntnissen zu einer Roadmap zusammengefasst. Dabei wurde für den Heat Highway der Einsatz von Wärmepumpen in der Nieder- und Mitteltemperatur mit einem niedrigen COP von ca. 2.5 berücksichtigt. Daraus ergibt sich, dass unter den gesetzten Randbedingungen, im Jahr 2050 etwa 7100 GWh an Abwärme aus der Industrie zur Verfügung stehen.

AB - Als Teil des von der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) geförderten Projekt „Heat Highway“ werden, im Rahmen dieser Masterarbeit, neun spezielle Standorte aus vier verschiedenen Industriebranchen sowie einer Gasverdichterstation auf ihre zukünftig verfügbare Abwärme untersucht. Diese Standorte wurden als Teil der energieintensiven Industrie und aufgrund der Nähe zur geplanten Wärmeschiene „Heat Highway“ entlang der Mur/Mürz-Furche ausgewählt.Ziel dieser Masterarbeit ist es eine Methodik zu entwickeln, mit welcher die Veränderung der verfügbaren Abwärme an den untersuchten Standorten bis zum Schlüsseljahr 2050 darstellbar ist. Dazu wurden in einer umfangreichen Literaturstudie zu aktuellen Roadmaps der österreichischen sowie europäischen Branchenvertretungen geplante Strategien für die verpflichtende Dekarbonisierung der Industrie bis zum Jahr 2050 erarbeitet. Auf Basis der Erkenntnisse aus der Literaturstudie wurde anschließend anhand verschiedener Kennzahlen Methodiken erarbeitet, welche die Veränderung der vorhandenen Abwärme für die Zukunft darstellen können. Als effektivste Methode für die produzierende Industrie hat sich die Produktionsmenge bzw. für die untersuchte Gasverdichterstation die transportierte Menge an Erdgas als Kennzahl für die Abwärmemenge herausgestellt. Mit dieser Erkenntnis wurden im Anschluss Szenarien für die Veränderung der Produktionsmenge der einzelnen Standorte durchgeführt. Als Basis für die Berechnung der konkreten Mengen an verfügbarer Abwärme in Form von Abwärmepotentialen der untersuchten Standorte, dienten die Ergebnisse des Ist-Stand aus dem umfangreichen Projekt „Industrial Excess Heat“. Durch die Verknüpfung der Ausgangsbasis mit den entwickelten Szenarien für die Energiemenge sowie der Berücksichtigung von bevorstehender Technologieänderungen und der allgemeinen Annahme eines Brennstoffwechsels auf Wasserstoff für das Jahr 2050, konnten konkrete Werte für die verfügbare Abwärme der Stützjahre 2030 und 2040 sowie des Schlüsseljahres 2050 berechnet werden. Die Ergebnisse werden nach Temperaturniveaus in < 50 °C, 50 – 100 °C sowie > 100 °C eingeteilt. Weiters erfolgt eine Kategorisierung nach eingesetzten Energieträgern.Aus den Ergebnissen geht eine deutliche Veränderung des Abwärmepotentials der Eisen- und Stahlindustrie, sowie der Gasverdichterstation hervor. Das Potential der Eisen- und Stahlindustrie ist vor allem durch die bevorstehenden Veränderungen der Primärstahlherstellung der voestalpine Donawitz geprägt. Durch den Wegfall der Sinteranlage, der Hochöfen, des Stahlwerks sowie der thermischen Kraftwerke zur Verwertung der Kuppelgase sinkt das technische Abwärmepotential von etwa 1600 GWh/a im Jahr 2019 auf nur mehr etwa 326 GWh/a im Jahr 2050. Das Potential der Gasverdichterstation wird von dem bevorstehenden Rückgang der Erdgasverbrauchs in Europa definiert. Damit reduziert sich der Durchfluss durch die Verdichterstation und somit das anfallende technische Abwärmepotential von etwa 320 GWh/a des Basisjahres 2019 auf nunmehr 65 GWh/a im Jahr 2050. Das technische Potential der Papier- und Zellstoffindustrie wird durch die Umstellung von Erdgas auf Wasserstoff als Energieträger beeinflusst und sinkt leicht von ursprünglich etwa. 3500 GWh/a auf ca. 3160 GWh/a. Das technische Potential der Zementindustrie ist durch die Reduktion des Klinkeranteils bis zum Jahr 2040 geprägt und sinkt von etwa 100 GWh/a auf ca. 70 GWh/a.Abschließend wurden die berechneten technischen Potentiale auf die Randbedingungen des Heat Highway angepasst und mit den gesammelten Erkenntnissen zu einer Roadmap zusammengefasst. Dabei wurde für den Heat Highway der Einsatz von Wärmepumpen in der Nieder- und Mitteltemperatur mit einem niedrigen COP von ca. 2.5 berücksichtigt. Daraus ergibt sich, dass unter den gesetzten Randbedingungen, im Jahr 2050 etwa 7100 GWh an Abwärme aus der Industrie zur Verfügung stehen.

KW - Heat Highway

KW - Abwärmepotential

KW - Energieeffizienz

KW - Szenarien

KW - industrielle Abwärme

KW - Heat Highway

KW - waste heat potential

KW - energy

KW - efficiency

KW - scenarios

KW - industrial excess heat

U2 - 10.34901/mul.pub.2025.019

DO - 10.34901/mul.pub.2025.019

M3 - Masterarbeit

ER -