Energieintensive Industrie
Energieintensive Industrie in Deutschland
Die Energieintensiven Industrien sind, wie in der nachfolgenden Tabelle dargestellt, sind mit über 800.000 Beschäftigten ein bedeutender Wirtschaftsfaktor in Deutschland. Der Energiebedarf ist überproportional hoch und der Strombedarf beträgt etwa 20% der Nettostromerzeugung in der Bundesrepublik.
Ein klimaneutraler Umbau erfordert Investitionen von mehr als 100 Mrd. € und insbesondere ganz erhebliche Mengen an Wasserstoff. In den nachfolgenden Grafiken über Produktionsanlagen in diesen Industrien wird deutlich, dass wegen der z. T. sehr hohen Prozess-Temperaturen die KWK nur begrenzt zum Einsatz kommen kann.
Die Energieintensiven Industrien nehmen damit eine Schlüsselposition ein. Um Aluminium, Kupfer und Zink, Dämm- und Kunststoffe sowie Grundchemikalien, Papier, Glas, Stahl, Zement und weitere Baustoffe herzustellen, wird viel Energie benötigt. Die Branchen geben bereits heute jährlich mehr als 17 Milliarden Euro für Energie aus.
In den einzelnen Industriezweigen sind nicht nur erhebliche Investitionen zur Umrüstung auf klimaneutrale Produktionstechniken notwendig, sondern auch die Bereitstellung von grünem Wasserstoff für diese Industrien, damit auch hier weitgehende Klimaneutralität erreicht werden kann.
Der nachfolgenden Grafik liegen Berechnungen des Ökoinstituts und des Wuppertal Institut auf der Basis von Prognos-Daten zu Grunde. Der Rückgang der Wasserstoffmengen nach dem Jahr 2040 basiert auf Effizienz- und Materialsubstitutionseffekte.
Zementproduktion in Deutschland
Die Deutsche Zementindustrie (VDZ), vertreten durch den Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e.V. (BBS), produzierte im Jahr 2019 in den 54 Zementwerken, davon 33 mit Klinkererzeugung, rd. 35 Mio. t Zement und Klinker und beschäftigt rd. 8100 Mitarbeiter.
In der deutschen Zementindustrie werden etwa 30 TWh/a Energie benötigt und davon rd. 3 TWh/a in Form von Strom. Auch hier verhindern die hohen Prozesstemperaturen von etwa 1450 Grd. C den Einsatz der KWK.
Zur Einsparung fossiler Brennstoffe werden zum Teil sogenannte Sekundär- oder Ersatzbrennstoffe eingesetzt. Diese alternativen flüssigen und festen Brennstoffe wie Altöl und Lösemittel sowie z.B. Autoreifen, Klärschlamm und Altholz werden im Drehrohrofen aufgrund der oxidierenden Bedingungen und extrem hohen Temperaturen mit Flammtemperaturen oberhalb von 2000 Grad C verbrannt. Durch den Einsatz der Ersatzbrennstoffe werde keine zusätzlichen schädlichen Abgase ausgestoßen.
Da die weltweite Zementindustrie immer noch mehr als die doppelte Menge an CO2 emittiert wie der weltweite Flugverkehr, sind weltweit erhebliche Anstrengungen notwendig, um diese Branche klimaneutral zu machen. Da Deutschland deutlich weniger als 1 % der weltweiten Zementmenge produziert, sind internationale Abkommen notwendig, um die Klimaneutralität mittelfristig sicherzustellen.
Glasproduktion in Deutschland
Im Bundesverband Deutsche Glasindustrie e.V. (BV Glas) werden etwa 120 Produktionsstandorte mit insgesamt ca. 56000 Beschäftigte in Deutschland vertreten.
Die Glasproduktion im Jahr 2019 lag bei rd. 7,4 Mio. t und der Gesamtumsatz betrug 9,56 Mrd. Euro. Die Ausfuhrquote von Glas betrug 54,6% und die Einfuhrquote 49,8%.
Die Deutsche Glasindustrie hat mit ca. 20% einen entscheidenden Anteil an der europäischen Glasherstellung.
KWK-Anlagen kommen auf Grund der hohen Prozesstemperaturen nicht zum Einsatz. Soweit im Umfeld der Glasproduktionsanlage ein Fernwärmenetz vorhanden wäre, könnte ein Teil der Abwärme durch Einspeisung in dieses Netz genutzt werden.
Eine Klimaneutralität ist weitgehend möglich, wenn die benötigte Energiemenge von 14 TWh in Form von Erdgas durch erneuerbare Brennstoffe, z.B. durch erneuerbares Methan ersetzt werden könnte.
Stahlindustrie in Deutschland
Die Wirtschaftsvereinigung Stahl (WV Stahl) vertritt die Interessen ihrer etwa 51 Mitglieder und ihren rd. 85000 Mitarbeitern in Deutschland.
Die Rohstahlerzeugung in Deutschland, betrug im Jahr 2018 noch 42,3 Mio. t. Im Jahr 2020 wurde nur 35,7 Mio. t Rohstahl produziert und zwar 11,5 Mio. t Elektrostahl und 24,2 Mio. t Oxygenstahl.
Um eine weitgehende Reduzierung der CO2-Emissionen zu erreichen arbeitet die Stahlindustrie an Prozessen, bei denen Eisenerze mit Wasserstoff statt mit Kohlenstoff reduziert und anschließend zu Stahl weiterverarbeitet werden. Dieses sogenannte CDA-Verfahren benötigt pro Tonne Rohstahl rd. 1900 KWh Wasserstoff. An einer weiteren Nutzung und Kreislaufführung des CO2 im industriellen Wertschöpfungsverbund wird gearbeitet. So soll CCU (Carbon Capture an Usage) eingesetzt werden, um so Düngemittel, Treibstoffe oder Kunststoffe zu produzieren.
Die Stahlindustrie in Deutschland hat einen sehr hohen Energiebedarf von über 200 TWh/a und einen hohen Strombedarf von ca. 20 TWh/a. Zumindest Steinkohle und Koks müssen in den nächsten Jahrzehnten durch Wasserstoff abgelöst werden, damit die hohen CO2-Emissionen der Stahlindustrie von 59 Mio. t/a sinken können. Allerdings werden von der weltweiten Stahlproduktion mit 1875 Mio. t in der EU nur rd. 160 Mio. t hergestellt.
Papierproduktion in Deutschland
Im Verband Deutscher Papierfabriken (VDP) haben sich derzeit 104 Mitgliedsunternehmen mit 128 Produktionsstätten zusammengeschlossen.
Weltweit wurde im Jahr 2018 rd. 420 Mio. t Papier, Karton und Pappe produziert, davon rd. 92 Mio. t in der EU 28. Deutschland als größer Papierproduzent in der EU produzierte rd. 22 Mio. t. Deutschland liegt damit weltweit an 4. Stelle.
Die heute in Papierfabriken eingesetzten Papiermaschinen sind technisch höchst anspruchsvolle Produktionsanlagen. Die größten Papiermaschinen, die heute im Einsatz sind, können eine Arbeitsbreite von ca. 12 m und eine Länge von bis zu 120 m haben.
Schon seit vielen Jahren deckt die Papierindustrie ihren thermischen und elektrischen Energiebedarf weit überwiegend über die ressourcenschonende Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), die mit Biomasse und Erdgas betrieben wird. Der spezifische Energieeinsatz konnte durch Optimierung der Produktionstechnik von fast 7000 KWh/t Papier im Jahr 1965 auf 2645 KWh/t Papier im Jahr 2019 reduziert werden. Für die Produktion wurden 18,22 TWh Strom aus Eigenerzeugung und Fremdstrombezug benötigt. Ca. 2 TWh Strom aus der Eigenerzeugung wurden ins Stromnetz zurückgespeist. Die Branche kann weitgehend bis 2050 klimaneutral werden, wenn die eingesetzten Erdgasmengen von rd. 24 TWh durch erneuerbare Brennstoffe ersetzt werden.
Chemische Industrie
Im Verband der Chemischen Industrie e.V. (VCI) sind über 1700 Mitgliedsunternehmen mit ca. 464000 Mitarbeitern zusammengeschlossen. In der chemisch-pharmazeutischen Industrie in Deutschland beträgt der Jahresumsatz etwa 200 Mrd. Euro. Sie ist damit in Europa die Nummer 1 und weltweit belegt sie hinter China, USA und Japan Rang vier. Der Auslandsumsatz liegt deutlich über 60% des Gesamtumsatzes.
Die chemische Industrie stellt ein sehr breites Produktionssortiment her. Nachfolgend ist ein Beispiel für die Produktion organischer Grundchemikalien dargestellt.
Die Chemische Industrie hat im Jahr 2019 einen Gesamtenergiebedarf von rd. 200 TWh/a und davon beträgt der Stromanteil ca. 52,6 TWh/a. Der Anteil der KWK am Strombedarf beträgt rd. 17 TWh/a. Mit 42% am Gesamtenergiebedarf hat Erdgas mit 84 TWh/a den größten Anteil. Der Anteil von Kohle ist sehr gering, aber die Sonstigen Energieträger (weitgehend aus der chemischen Produktion) nehmen mit ca. 46 TWh/a einen großen Anteil ein. Bereits heute werden in der chemischen Industrie rd. 4500 Mio. cbm Wasserstoff (unter Normaldruck) produziert.