Energie und CO2 einsparen durch mehr Stromverbrauch?

Der kürzlich in Polen stattgefundene Weltklimagipfel COP 24 hat sich maßgeblich erneut mit der Reduzierung der Treibhausgase beschäftigt und Strategien diskutiert, die angestrebten Klimaziele zu erreichen.  Eine der Möglichkeiten, attraktive Entkarbonisierungslösungen umzusetzen, also den CO2-Ausstoß zu verringern, ist der Wechsel hin zu elektrotechnischen Lösungen – und wo Strom fließen soll, ist Kupfer das Material der Wahl für eine effizientere Produktion und den Übergang zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Dies steckt übrigens auch hinter dem Schlagwort vom „Strom im Wärmemarkt“. Marktreife Elektroheiztechnologien wie Induktion, Widerstand, Infrarot, Lichtbogen und Hochfrequenz sowie Mikrowellenheizung stehen heute bereits zur Verfügung. Vielversprechende innovative Technologien wie Laser-, Elektronenstrahl- und Plasma-Lichtbogenheizung sind zwar noch in der Entwicklungsphase, bieten aber zukunftsweisende Ansätze.

Elektrowärme-Technologien erzeugen Wärme direkt im Zielmaterial und nutzen elektromagnetische Phänomene auf Mikroebene. Auf dieser Ebene ist die Thermodynamik nicht mehr gültig, da es darum geht, Wärme zu erzeugen und nicht zu übertragen. Dies macht die elektrische Erwärmung sehr effizient. Sogar einige der nichtmetallischen Materialien wie Gummi und Glas können durch Elektroheizung effektiver erwärmt werden. Etwa 85% des Wärmebedarfs werden immer noch durch fossile Brennstoffe gedeckt, daher ist die Elektrifizierung der Heizung ein sehr effektiver Weg zur CO2-Reduktion. Im Vergleich zu herkömmlichem (fossilem) Heizen verringert die Elektroheizung in der Industrie den Endenergiebedarf um den Faktor 1,5 bis 8.

Derzeit liegt der Verbrauch fossiler Energien in der EU-Industrie bei rund 150 Mio. t RÖE pro Jahr. In einer vom European Copper Institute in Auftrag gegebenen Studie mit EPRI (Electric Power Research Institute) wurde das Elektrifizierungspotenzial von sechs Elektroheiztechnologien auf etwa ein Drittel des Verbrauchs fossiler Energien der Industrie geschätzt. Dies bedeutet ein technisches Einsparpotenzial für fossile Brennstoffe von 51 Mio. t RÖE / Jahr. Unter Berücksichtigung der oben genannten Verbesserung der Endnutzungseffizienz würde eine solche Brennstoffumschaltung zu einem neuen Strombedarf von 252 TWh / Jahr führen. In einem vollständig entkarbonisierten Elektrizitätssystem führt eine solche Elektrifizierung laut der Studie zu einer Verringerung der jährlichen Treibhausgasemissionen um 107 Millionen t CO2.

Kombinierte Erzeugung von Strom und Wärme

Eine weitere Möglichkeit, umweltfreundlicher Energie zu gewinnen, ist der Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder auch Co-Generation, also die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme.

Die Kraft-Wärme-Kopplung ist die effektivste und effizienteste Form der Stromerzeugung. In konventionellen Kraftwerken wird die Wärme bei der Stromerzeugung nicht zurückgewonnen, während in KWK-Anlagen die Wärme effektiv genutzt wird, um Komfort (Raumheizung und Warmwasser) oder Dienstleistungen bereitzustellen. In entsprechenden Anlagen, die Abwärme mit erheblich höheren Temperaturen mit sich bringen – wie Dieselmotoren, Gasmotoren oder Gasturbinen – kann diese Abwärme auch genutzt werden, um z. B. Hochtemperaturwärme und Dampf bereitzustellen, wie sie etwa für chemische Prozesse benötigt werden.

Zunehmend existieren auch Anlagen, die neben Wärme und Strom auch Kühlung erzeugen können (sog. Tri-Generation). Das Heizen und Kühlen macht etwa die Hälfte des Energieverbrauchs in der EU aus. Daher ist es wichtig, in diesen Sektoren Energie zu sparen, indem die Energieeffizienz gesteigert wird.  Dabei spielt die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kupfer für diese Systeme eine wichtige Rolle, denn höhere elektrische Leitfähigkeit bedeutet auch eine höhere Energieeffizienz oder – bei gleicher Effizienz – kompakteres Bauteil-Design. Wie bei der elektrischen Leitfähigkeit liegt außerdem die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer an zweiter Stelle nach Silber.

Reduzierung der Treibhausgasemissionen

Durch die Verwendung eines zusätzlichen Kilogramms Kupfer in einem Gerät (wie Generator, Transformator oder Motor) werden die energiebedingten Treibhausgasemissionen während der gesamten Lebensdauer je nach Anwendung um 100 bis 7.500 Kilogramm reduziert. Dabei ist Kupfer auch ein äußerst nachhaltiges Material, das vollständig ohne Leistungsverlust recycelt werden kann und Vorteile für den Lebenszyklus bietet, wie Haltbarkeit, Sicherheit, Zuverlässigkeit, mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Die Industrie steht aufgrund ihres enormen Energieverbrauchs und der benötigten Prozessmaterialien vor eigenen Herausforderungen: Stoffe werden geschmolzen, verbunden oder chemisch umgewandelt. Die – vordergründig betrachtet – verschwenderische Erzeugung von Wärme aus Elektrizität erweist sich nur allzu oft unter dem Strich als sparsamer und umweltfreundlicher.

Was die Energieversorgung anbelangt, hat sich der europäische Stromsektor bereits vor 2050 zu einer vollständigen Dekarbonisierung verpflichtet. Der Fokus dieser und anderer EU-Initiativen liegt auf einer effizienteren Erzeugung und Nutzung von Energie, da sie den größten Teil des Dekarbonisierungspotenzials in Europa darstellt. In letzterer Hinsicht hat die europäische Kupferindustrie großes Engagement gezeigt und ihren eigenen Energieverbrauch seit 1990 um 60% gesenkt.