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Solare Wärme im Lebensmittelbetrieb

Solare Prozesswärme könnte vermehrt einen Beitrag zur Senkung der CO2-Emissionen in der Lebensmittelindustrie leisten und lässt sich gut mit Energieeffizienzmassnahmen kombinieren.

von Manuel Fischer

Die Hütt-Brauerei (Hessen), nützt Solarwärme und optimierte gleichzeitig die Wärmerückgewinnung und stellte auf Vakuumkochverfahren (Würze) um. (Bild: zVg)

Im Hinblick auf die vielzitierte Energiewende steht die Industrie vor der Riesenaufgabe, unter Wahrung der Wettbewerbsfähigkeit den CO2-Aus­stoss kontinuierlich zu reduzieren. Zur Diskussion stehen Strategien zur kontinuierlichen Steigerung der Energieeffizienz und zunehmend auch der gleichzeitigen Integration erneuerbarer Energiequellen. 

Die Industrie verschlingt in der Schweiz 19 Prozent des nationalen Energiekonsums (ca. 237 TWh). 11 Prozent des Energie-Totals werden für die Bereitstellung industrieller Wärme benötigt, wofür hauptsächlich immer noch fossile Brennstoffe eingesetzt werden. 

Der gesamte Energieeinsatz der Industrie kann auch nach ­Verwendungszweck aufgeteilt ­werden. Immerhin mehr als die Hälfte (54%) davon wird für die Produktion von Prozesswärme eingesetzt, deutlich mehr als zum Beispiel für Warmwasser (2%), Beleuchtung (4%) und motorische Antriebe (25%). 

Ausgereifte Solartechnik

Gerade die Lebensmittelindustrie weist einen grossen Bedarf nach Wärmebereitstellung auf. Zahlreiche branchentypische Prozesse wie Blanchieren, Brühen, Eindampfen, Pasteurisieren, Sterilisieren und Trocknen laufen auf Temperaturniveaus von +40 bis +120°C. Hier würde solar erzeugte Prozesswärme etwas mehr Aufmerksamkeit verdienen. Denn sie zeigt ein grosses Potenzial als erneuerbare Wärmequelle bis zu +200°C für den industriellen Einsatz. Da und dort taucht die generelle Frage auf: Ist Solarthermie denn eine ausgereifte Technik? Die in diesem Bereich aktiven Fachleute vertreten eine klare Position. «Solare Prozesswärme ist technisch ausgereift und kom­merziell verfügbar», sagt Martin ­Haagen, Geschäftsentwickler beim Anlagenbauer Industrial Solar GmbH in Freiburg in Breisgau, die insbesondere Grossanlagen in Ländern mit viel Sonnenstunden (zum Beispiel Jordanien) realisiert hat. 

In den vergangenen Jahrzehnten sind verschiedene Techno­logien entwickelt worden, die sich je nach geografischer Situation mehr oder weniger gut eignen. In Mitteleuropa mit weniger Sonnenstunden und einem hohen Anteil an diffusem Licht (wg. Dunst, Staub, Aerosole, häufigere Bewölkung) werden meistens nichtkonzentrierende Kollektortypen (zum Beispiel Flachkollektor, Vakuumröhrenkollektor) eingesetzt. 

Gleichwohl sind für Schweizer Lebensmittelbetriebe bereits Anlagen mit Parabolrinnenkollektoren gebaut worden, die zu den Strahlen reflektierend-konzentrierenden Kollektor-Typen gezählt werden. Solche sind in drei Milchverarbeitungsbetrieben im Dienst und gehören zu einer Reihe von zu evaluierenden Anlagen durch das SPF-Institut für Solartechnik der Hochschule für Technik (Rapperswil) im Auftrag des Bundesamts für Energie (BFE) «Damit ver­fügen wir über ein für mehrere Jahre durchgängiges Monitoring mit Messreihen – einzigartig in Europa», sagt dazu Marco Caflisch, einer der Autoren der SPF-Eva­luationsstudien.

Energieeffizienz

Üblicherweise kommen Projekte solarer Prozesswärme ins Spiel für bestehende Betriebe, die bereits einen grossen Energiebedarf ausweisen, womit es häufig darum geht, den Verbrauch fossiler Brennstoffe deutlich zu senken. Die Kollektorfläche richtet sich vielfach nach dem sommerlichen Wärmebedarf der solar zu ver­sorgenden Prozesse und nach der Grösse des Betriebs, wobei häufig die zur Verfügung stehende Fläche (zum Beispiel tragfähige Dächer), die für die Anlage zur Verfügung steht, limitierend wirkt. 

Solarwärmeprojekte sind immer auch Anlass, gleichzeitig Massnahmen zur Energieeffi­zienzsteigerung und Wärmerückgewinnung im Betrieb zu prüfen und allenfalls umzusetzen, damit der projektierte Ertrag den Erwartungen entspricht. «Unterlässt man diese und führt sie erst zu einem späteren Zeitpunkt durch, könnte es geschehen, dass die Prozesswärmeanlage für den ver­bleibenden Wärmebedarf über­dimensioniert ist», sagt Dominik Ritter, Solarexperte beim Institut für Thermische Energietechnik der Universität Kassel. «Dadurch reduzieren sich die solaren Erträge und die Wirtschaftlichkeit verschlechtert sich.» Das Institut begleitete eine mittelständische Privatbrauerei im Raum Kassel bei der Umsetzung eines neuen Energiekonzepts für das Sudhaus. Dazu gehörte eine optimierte Wärmerückgewinnung, die Umstellung auf ein Vakuumkochverfahren (Würze) und die Anbindung des Solarpufferspeichers an die Brauwasserreserve.

Energieeffizienz ist zwar ein wichtiger Faktor für den wirt­schaft­lichen Einsatz der Solarthermie im Betrieb, allerdings nicht der einzige. Gemäss Martin ­Haagen von Industrial-Solar spielt auch die Anlagegrösse eine Rolle: «Die Skaleneffekte sind spürbar, insbe­sondere im Vergleich zur Photo­voltaik.» Dies liege vor allem an den hohen Peripheriekosten bei der Einbindung einer so­lar­ther­mischen Anlage (Pumpen, Rohrleitungen usw.) in ein bestehendes hydraulisches System. 

Hindernisse, Chancen

Dominik Ritter von der Uni Kassel listet eine Reihe von Gründen auf, weswegen die Anzahl installierter solarer Prozesswärmeanlagen europaweit immer noch bescheiden ausfällt:

Es gibt wenige spezialisierte Planungsunternehmen im Bereich solarer Prozesswärme, wodurch auch nur wenige Anlagen projektiert und umgesetzt werden. Infolge mangelnden Wettbewerbs verharren die Systemkosten für die Kunden auf relativ hohem Niveau.

Fehlendes Wissen der Unternehmen als potenzielle Anwender darüber, dass Solarthermie auch für Prozesswärme sehr gut geeignet ist. 

Für eine Solarthermie-Investition ist mit einer (langen) Amortisationszeit von 7 bis 10 Jahren zu rechnen. Allerdings beträgt die Nutzungsdauer einer solchen Anlage 20 bis 30 Jahre.

Schliesslich macht der Verfall der fossilen Energieträgerpreise – insbesondere Erdöl – die Ausgangslage nicht einfacher. In­vestitionen zur Einsparung ­fos­siler Energien werden auf­geschoben. 

Die Frage nach staatlicher Inves­titionsförderung sei hier nur ge­streift. Im Gegensatz zu Deutschland und Österreich findet «Wärmepolitik» in der Schweiz auf mehreren Ebenen (Bund, Kantone) statt und ist somit schwierig zu durchschauen. Dazu kommt: Die Förderberechtigung entfällt, wenn ein Unternehmen bereits im Rahmen des Gebäudeprogramms von der CO2-Abgabe befreit und so­mit indirekt «gefördert» worden ist. 

Abschliessend noch einen Blick auf neuere Finanzierungsansätze: Bislang war es so, dass das Solarwärme beziehende Unternehmen auch Eigentümer und Betreiber der Anlage war. Im Falle des so genannten Energie-Contractings springt ein Contractor
in die Bresche, der die Energie­anlage plant, finanziert, innerhalb eines vertraglich fixierten Zeitraumes betreibt und sich um die In­-
standhaltung kümmert. Eine Gross­mälzerei in Issodun (Frankreich) setzt auf dieses Modell: Sie wird solare Wärme aus einer 14 000 m2 grosse Kollektorfläche zu einem fixen Preis beziehen, welche eine spezialisierte Investmentgesellschaft seit Herbst 2019 baut.

redaktion@alimentaonline.ch