Was ist Prozesswärme?
Bei Prozesswärme im engeren Sinne handelt es sich um die Wärme, die benötigt wird, um einen bestimmten chemischen, technischen, industriellen oder anderen Prozess ablaufen zu lassen. Diese Prozesse können sehr vielfältig sein und unterschiedliche Temperaturniveaus voraussetzen. So genügt zum Trocknen feuchter Materialien teilweise schon die Wärme der natürlichen Sonneneinstrahlung, während das Kochen von Speisen bei rund 100 °C erfolgt. Wärmekraftwerke nutzen für die Stromerzeugung oft überhitzten Wasserdampf, der bis weit über den Verdampfungspunkt hinaus auf zum Teil mehrere hundert Grad Celsius erwärmt wird. Industrielle Prozesse wie das Schmelzen von Stahl laufen zum Teil bei mehr als 1.000 Grad Celsius ab. Auch zahlreiche chemische Reaktionen sind auf eine bestimmte Mindesttemperatur angewiesen.
Je nachdem, welches Temperaturniveau ein bestimmter Prozess voraussetzt, muss die Lieferung der Prozesswärme auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Bei Temperaturen von unter 100 °C dient meist warmes bzw. heißes Wasser als Wärmeträger. Bei Temperaturen zwischen etwa 100 und
300 °C kommen überhitzter Wasserdampf oder auch heiße Thermalöle zum Einsatz. Temperaturen von mehr als 400 °C werden direkt am Entstehungsort, z. B. in einem Hochofen oder Industrieofen, genutzt.
Gelegentlich wird auch die bei derartigen Prozessen freiwerdende Abwärme als Prozesswärme bezeichnet oder benötigte und abgegebene Wärme werden unter diesem Begriff zusammengefasst.
Woher stammt die Prozesswärme?
Die Gewinnung von Prozesswärme kann auf viele verschiedene Weisen erfolgen, wobei die möglichen Quellen abhängig vom benötigten Temperaturniveau sind. Vor allem für die Bereitstellung von Hochtemperaturwärme ist es häufig nötig, fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl oder Erdgas direkt zu verbrennen und die dabei freigesetzte Wärmeenergie zu nutzen. Moderne Hochtemperatur-Brennstoffzellen liefern Temperaturen von bis zu 400 °C. Auch die mit Strom erzeugte „Elektrowärme“ kommt als Prozesswärme in Frage. Sie ist zwar wenig energieeffizient, kann bei einem hohen Wärmebedarf aber unter Umständen die einzige wirtschaftlich sinnvolle Lösung sein. Eventuell kommt auch die Nutzung von Industrieabwärme in Frage, um überschüssige Wärme aus einem anderen Prozess noch einmal nutzbar zu machen, anstatt sie direkt an die Umwelt abzugeben.
Wird hingegen Prozesswärme auf einem niedrigeren Temperaturniveau benötigt, dann stehen verschiedene umwelt- und klimafreundliche Verfahren zur Auswahl. Besonders nachhaltig ist die Nutzung von Umweltwärme, die beispielsweise das Trocknen verschiedener Materialien an der Sonne erschließt.
Auf einem etwas höheren Temperaturniveau ist eine nachhaltige Gewinnung von Prozesswärme mithilfe von Wärmepumpen möglich. Diese entnehmen Wärme aus einer Wärmequelle in der Umgebung und steigern anschließend deren Temperaturniveau unter Einsatz von Strom. Je nach Bauart liefert eine Wärmepumpe auf diese Weise Temperaturen von bis zu 65 °C. Stammt der eingesetzte Strom zudem aus nachhaltiger Erzeugung, dann können Wärmepumpen sogar komplett klimaneutrale Wärme liefern. Als Wärmequelle kommt dabei neben bekannten Varianten wie der Erdwärme und dem Grundwasser auch das Abwasser in der Kanalisation zum Einsatz. Diesem wird mit speziellen Abwasserwärmetauschern, die direkt im Kanalrohr verbaut sind, Wärme entzogen und diese mittels einer Wärmepumpe nutzbar gemacht.
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