Forschung : Mit Wärmepumpe: Dampf für den industriellen Betrieb

Das biopharmazeutische Unternehmen Takeda hat gemeinsam mit dem Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK), dem Klima- und Energiefonds und dem AIT Austrian Institute of Technology (AIT) ein New Energy for Industry-Projekt der FTI (Forschung, Technologie und Innovation)-Initiative „Vorzeigeregion Energie“ präsentiert: Das Forschungsprojekt AHEAD (Advanced Heat Pump Demonstrator).

Im Forschungsprojekt wird erstmals eine dampferzeugende Wärmepumpe im industriellen Betrieb integriert. Die erdgasfreie Dampferzeugung zielt darauf ab, eine CO₂-Reduktion von bis zu 90 Prozent an einem der größten Takeda-Arzneimittelproduktionsstandorte in Wien zu erreichen und dabei ausschließlich natürliche Kältemittel zu verwenden. Dieses technologische Vorzeigeprojekt stärkt die Rolle Österreichs in der Hochtemperatur-Wärmepumpenforschung und soll als Praxisbeispiel für die gesamte pharmazeutische Industrie und auch für viele andere Industriebetriebe und Branchen dienen, die ihre Prozesse CO₂-frei gestalten möchten. Das AHEAD-System kann Temperaturen von 200-260°C erreichen. Bei Takeda werden 184°C für die Dampfversorgung benötigt.

„Das Projekt AHEAD setzt einen neuen Meilenstein mit der Entwicklung einer dampferzeugenden Wärmepumpe, die bei 11 bar und 184°C ausschließlich mit natürlichen Kältemitteln betrieben wird", weiß Wolfgang Hribernik, Head of Center for Energy, AIT Austrian Institute of Technology und NEFI Verbundkoordinator. Im Temperaturbereich unter 200°C habe der Einsatz von industriellen Hochtemperaturwärmepumpen enormes Potenzial, denn in diesen Bereich fallen 37 Prozent des Prozesswärmebedarfs der europäischen Industrie. „Mit dem Innovationsnetzwerk NEFI haben wir die Möglichkeit neue Schlüsseltechnologien wie diese bei industriellen Anwendern wissenschaftlich zu begleiten und zu testen. Das reduziert das technische und wirtschaftliche Risiko der Betriebe am Weg zur Dekarbonisierung", so Hribernik.

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Die Arzneimittelproduktion ist sehr energieintensiv, um Rohstoffe, Zwischenprodukte und Medikamente zu kühlen; gleichzeitig bedarf es Wärme und Dampf, um chemische und biologische Prozesse in Gang zu setzen oder ein steriles Produktionsumfeld zu gewährleisten. Mit einem hohen Bewusstsein für den Umweltschutz erfordert dies eine bewusste Entscheidung für die jeweils nachhaltigsten Energieträger (z.B. Strom statt Gas) und die Verwendung von Hilfsmitteln mit der jeweils besten CO₂-Bilanz (z.B. natürliche Kältemittel).

Im Forschungsprojekt wird weiters auch ein Konzept zur Implementierung des AHEAD-Systems für weitere Takeda-Standorte in Österreich und weltweit erstellt. Außerdem wird das Dekarbonisierungspotenzial dieser Technologie für andere wichtige Industriesektoren mit hohem Energieaufwand, wie Papier-, Chemie- und Lebensmittelindustrie, in Österreich untersucht. Veronika Wilk, AHEAD-Projektleiterin beim AIT erklärt: „Das AIT Center for Energy wird eine optimierte Betriebsstrategie für das AHEAD-System mit einem umfassenden Systemmodell entwickeln. Für das CO₂-Einsparungspotenzial wird ein neuartiger Ansatz entwickelt. Dabei werden Prozessanforderungen und erwartete Prozessveränderungen, Lernkurven für Hochtemperatur-Wärmepumpen basierend auf den Erfahrungen des Projektes sowie statistische Daten kombiniert.“

Das technische Fundament des AHEAD-Projekts ist eine bereits in Betrieb befindliche CO2-neutrale Energiezentrale am Takeda-Standort in Wien, in der die Kälteerzeugung auf 100 Prozent natürliche Kältemittel umgestellt wurde. Diese Kältemittel zeichnen sich durch eine hohe Effizienz aus und geben kein CO2 ab (GWP – Global Warming Potential von 0 CO2 pro kg Kältemittel). Mit der Zentralisierung der Kühlung des Standorts wurde auch die Möglichkeit geschaffen, diese gleichzeitig für eine Wärmerückgewinnung zu nutzen. Dabei wird die Abwärme der Kälteanlage weiterverwendet und mit einer Wärmepumpe auf 65 bis 70°C erwärmt. Diese wird bereits jetzt für das Heizungswasser des Standorts verwendet.