Technology Metals Advanced Ceramics. Die Energiewende aus Sicht eines energieintensiven Unternehmens Jahreshauptversammlung der TU Clausthal

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1 Technology Metals Advanced Ceramics Die Energiewende aus Sicht eines energieintensiven Unternehmens Jahreshauptversammlung der TU Clausthal Clausthal,

2 Inhalt 1. Energiewende aus industrieller Sicht Die Energiewende hat seit 2002 zu steigenden Energiepreisen geführt, vor allem beim Strom Deutschland ist ein Industrieland und profitiert von seiner tiefen Wertschöpfungskette Energieintensive Grundstoff- und Werkstoffindustrien sind wichtige Zulieferer der erfolgreichen Schlüsselbranchen Reaktionen der energieintensiven Industrie auf die steigenden Energiekosten infolge der Energiewende 2. Lösungswege in einem energieintensiven Unternehmen Einführung eines Energie-Managementsystems (Beispiel: Produktionsstandort Goslar) Ganzheitliche Bilanzierung von Produktionsprozessen (Beispiel: Chemisch-metallurgische Produktionskette) Optimierung bestehender Produktionsprozesse (Beispiel: Herstellung von synthetischen Ta/Nb-Konzentraten) Entwicklung neuer Produktionsprozesse (Beispiel: Herstellung von Ammoniumparawolframat) Konzeptionierung ganzheitlicher Energiesysteme (Beispiel: Dezentrale Energieversorgung / Oker Energy) 3. Empfehlungen an die Bundes- und Landespolitik sowie die regionale Industrie, Wissenschaft und Gesellschaft Slide 2

3 1. Energiewende aus industrieller Sicht Slide 3

4 Die Energiewende ein deutscher Sonderweg hat seit 2002 zu steigenden Energiepreisen geführt, vor allem beim Strom 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 Stromerzeugung nach Energieträgern ( ) in Prozent Strompreise für die deutsche Industrie ( ) 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 in Cent/kWh (mittelspannungsseitige Versorgung) 0, , Braunkohle Steinkohle Erdgas Sonstige Kernenergie Erneuerbare Energien Erzeugung, Transport, Vertrieb Steuern und Abgaben Quellen: Destatis, BMWI, BDEW Quellen: VEA, BDEW Ziel der Energiewende ist der Ausbau der erneuerbaren Energien als Alternative zur Kernkraft und die Investition in Effizienztechnologien. Seit 2002 sind die erneuerbaren Energien im Strommix auf 23 % angestiegen, während der Stromanteil aus fossilen Energierohstoffen bei ca. 60 % verharrt. Bis zum Jahr 2025 soll der Anteil erneuerbarer Energien auf 40 bis 45 % und bis zum Jahr 2035 auf 55 bis 60 % ausgebaut werden. Die Energiewende ist mit enormen Kosten verbunden, laut DIW ca. 31 bis 38 Milliarden Euro pro Jahr, die letztendlich von den Energieverbrauchern getragen werden müssen. Seit Anfang 2002 haben sich die Industrie-Strompreise mehr als verdoppelt, mittlerweile machen Steuern und Abgaben ca. 50 % des Strompreises aus. Der deutsche Strompreis für industrielle Kunden übertrifft das EU-Niveau um rund 25 %, jenes von Frankreich um 65% und gegenüber den USA um ca. 150 %. Slide 4

5 Deutschland ist ein Industrieland und profitiert von seiner tiefen Wertschöpfungskette Anteil der Industrie an der Bruttowertschöpfung (2012) In Prozent 22,4 18,6 15,6 15,3 12,9 10,0 10,0 Industriestruktur in Deutschland (2012) Metallerzeugung/ -bearbeitung 5,6 % Glas/Keramik 2,3 % Kunststoff 4,0 % Metallerzeugnisse 6,4 % andere 8,9 % Automobil 21,5 % Maschinenbau 12,4% Mineralöl/ Kokerei 7,5 % Deutschland Quellen: OECD, DB Research Management * 2011 Japan* Italien EU USA* Großbritannien Frankreich Quelle: Destatis Elektrotechnik 9,3 % Ernährung 9,5 % Chemie/ Pharma 10,5 % Deutschland ist die viertgrößte Industrienation der Welt hinter China, den USA und Japan. Deutschland hat in Europa den vierthöchsten Anteil industrieller Bruttowertschöpfung*. Seit Mitte der 90er Jahre liegt er stabil bei 22 Prozent und damit etwa doppelt so hoch wie in Frankreich, Großbritannien und den USA. Deutschland hat die Weltwirtschaftskrise 2009 besser überstanden als alle anderen EU-Länder. Steuereinnahmen und Beschäftigung sind auf hohem Niveau. Deutschland verfügt über eine breit aufgestellte Industrielandschaft aus kleinen, mittelständischen und großen Industrieunternehmen mit 2 Billionen Gesamtumsatz und 7,1 Millionen Beschäftigten (2012). H.C. Starck ist ein weltweit führender Anbieter von hochschmelzenden Metallen und Technischer Keramik und bedient Industrien wie Elektronik, Chemie, Automotive, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Energie- und Umwelttechnik sowie Maschinen- und Werkzeugbau. * Tschechien (24,7 %), Irland (23,3 %), Ungarn (22,7 %) Slide 5

6 Energieintensive Grund- und Werkstoffindustrien sind wichtige Zulieferer der international erfolgreichen Schlüsselbranchen Energieintensität nach Branchen (2009) Kennzahlen der energieintensiven Industrie (2012) Anteil der Energiekosten am Produktionswert in Prozent Energieintensive Industrien* Beschäftigte 14 (ca. 0,83 Mio.) 8,3 7,4 Umsatz 18 (ca. 311 Mrd. ) 5,1 Investitionen 21 (ca. 12 Mrd. ) 2,6 1,0 0,9 Energiekosten 53 (ca. 16 Mrd. ) Metall Glas, Keramik Chemie (o. Pharma) Ernährung Maschinenbau Automobil Anteil der energieintensiven Industrie am verarbeitenden Gewerbe in Prozent Quelle: VCI * Energiekosten müssen sich auf mindestens 3,0 % des Produktionswertes belaufen Quellen: Destatis, EID Energiekosten sind für die energieintensiven Branchen (Baustoffe, Chemie, Glas, NE-Metalle, Papier, Stahl) ein wichtiger Wettbewerbs- und Standortfaktor. Die energieintensive Grund- und Werkstoffindustrie bildet das Rückgrat der deutschen Wirtschaft und ist als erstes Glied in der Wertschöpfungskette und Innovationsmotor für die international erfolgreichen Schlüsselbranchen, wie dem Fahrzeug- und Maschinenbau sowie der Elektrotechnik, unersetzlich. Die energieintensiven Industrien erwirtschaften jährlich einen Umsatz von mehr als 311 Milliarden und beschäftigen Mitarbeiter. Dazu kommen noch einmal rund 2,2 Millionen Menschen in vor- und nachgelagerten Industriebranchen und Dienstleistungsbereichen. Entlastungen bei Energie-/Stromsteuer, EEG-Umlage und Netzentgelt sind für die energieintensive Industrie fundamental. Ohne solche Entlastungen wäre die EEG- Umlage in 2013 lediglich um rund 1 ct/kwh gesunken. Slide 6

7 Reaktionen der energieintensiven Industrie auf die steigenden Energiekosten infolge der Energiewende Senkung des spezifischen Energieverbrauchs (1990 = 100 %, Wert für 2008 als Anteil am Wert von 1990) Investitionsquote der chemischen Industrie Chemie In Prozent des Umsatzes Papier 5,7 5,6 NE-Metall Glas, Keramik 4,3 3,9 3,3 Stahl Zement In Prozent Quelle: RWI-CO2-Moitoringbericht 2009 Quelle: VCI Der spezifische Energieverbrauch wurde in der energieintensiven Industrie zwischen 1990 und 2008 um ca. 25 % reduziert und ist damit Vorreiter bei der Energieeffizienz. In Deutschland ist die Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Energiebedarf bereits gelungen. Zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit konzentriert sich die Industrie auf einen ganzheitlichen Ansatz zur Erhöhung der Material-, Energie- und Personalproduktivität. Die Investitionsquote fällt seit etwa 12 Jahren, u.a. aufgrund der Unsicherheit über die Entwicklung der Energiekosten; teilweise liegt sie schon unterhalb der Abschreibungsquote und führt damit zu einem schleichenden Prozess der De-Industrialisierung. In den letzten Jahren wurde eine Verlagerung energieintensiver Produktionen in energie-kostengünstigere Länder (z.b. arabischer und nord-amerikanischer Raum) beobachtet. Slide 7

8 2. Lösungswege in einem energieintensiven Unternehmen Slide 8

9 Lösungswege in einem energieintensiven Unternehmen (1/5): Einführung eines Energie-Managementsystems Erfassung des Ist-Zustandes (Verbauchs-/ Prozessdaten) Darstellung & Bewertung des Ist-Zustandes Umsetzung & Erfolgskontrolle Vorschläge zur Energieeffizienz Bewertung der Maßnahmenauswahl Entwicklung eines Gesamtkonzeptes Um Energieeffizienz-Potentiale zu nutzen, wurde eine standardisierte Vorgehensweise (gemäß VDI-Richtlinie 3922) im Unternehmen eingeführt. Vorschläge zur Verbesserung der Energieeffizienz werden in einer Datenbank gesammelt, bewertet, priorisiert, stufenweise umgesetzt und regelmäßig überwacht. Der Fokus lag von Beginn an auf großen Energieverbrauchern, wie z.b. Prozesswärme, Kompressoren, Pumpen, Ventilatoren und Klimatisierung. Als eines der ersten Unternehmen in Deutschland hat H.C. Starck mit dem Standort Goslar ein Energie- Managementsystem gemäß DIN EN aufgebaut und durch GUTcert im April 2010 zertifizieren lassen; im März 2013 auch nach ISO durch SGS. Um die Wichtigkeit des Themas Energie auch gegenüber den Stakeholdern zu unterstreichen, hat H.C. Starck im März 2010 eine Energiepolitik festgelegt und in 2013 erstmals einen Nachhaltigkeitsbericht veröffenlicht. Slide 9

10 Lösungswege in einem energieintensiven Unternehmen (2/5): Ganzheitliche Bilanzierung von Produktionsprozessen Erzkonzentrate Internes Recycling (Produktionsintegrierter Umweltschutz) Produkte Schlacken, Schrotte Energie Chemikalien Wasser, Luft, Land Pyrometallurgie Hydrometallurgie Pulver metallurgie Sintermetallurgie Nebenprodukte Abwasser Abfall Abluft Abwärme Lärm Reinigung Behandlung Reinigung Rückgewinnung Reduktion Additiver Umweltschutz Umwelt: Wasser Umwelt: Boden Umwelt: Luft Bilanzierung, Analyse und Bewertung der eingehenden Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe sowie ausgehenden Erzeugnisse und Emissionen sind eine wichtige Voraussetzung zur Identifizierung von Potentialen zur Steigerung der Ressourceneffizienz. Material- und Energieeinsparungen verringern den Ressourcenverbrauch und die Umweltbelastung. Sie bieten auch in ökonomischer Hinsicht ein großes Potenzial für eine Win-Win Situation, weil sie zu Kostensenkungen führen. Dies aber nur dann, wenn sie nicht durch weitere Kostensteigerungen im Zusammenhang mit der Energiewende aufgezehrt werden. Slide 10

11 Lösungswege in einem energieintensiven Unternehmen (3/5): Verbesserung bestehender Produktionsprozesse Herstellung synthetischer Ta/Nb-Konzentrate Reduktionsmittel, Schlackebildner, Eisengranulat niedrig konzentrierte Ta/Nb-Rohstoffe Spezifischer Energieverbrauch (kwh/kg Rohstoff) 100,0 in Prozent Rücklauf (Ta2O5 > 0,18 %) Vollständige Reduktion (Lichtbogenofen) 80,0 60,0 Schlacke FeTaNb-Legierung Rücklauf (unmagnetisch) 40,0 Bergeversatz (Ta2O5 < 0,18 %) Zerkleinerung 20,0 Magnetscheidung 0, Reduktionsmittel Oxidierende Röstung (Etagenofen) Selektive Reduktion (Lichtbogenofen) Eisenlegierung (granuliert) Synthetisches Ta/Nb-Konzentrat Verbesserung des Reduktionsgrades in der Prozess- Stufe Vollständige Reduktion durch geringfügige Erhöhung des Energieeintrages, so dass die Rücklaufmenge zugunsten eines höheren Rohstoffeinsatzes minimiert werden konnte. Mit Hilfe der optimierten Prozessparameter konnte der spezifische Energieverbrauch um ca. 30 % gesenkt werden: von 3,5 kwh/kg Rohstoff auf 2,5 kwh/kg Rohstoff Slide 11

12 Lösungswege in einem energieintensiven Unternehmen (4/5): Entwicklung neuer Produktionsprozesse Herstellung von Ammoniumparawolframat (alter Prozess) Natrium-Wolframat- Lösung Herstellung von Ammoniumparawolframat (neuer Prozess) Natrium-Wolframat- Lösung Raffinat Extraktion Raffinat Extraktion W beladene organische Phase unbeladene organische Phase W beladende organische Phase unbeladende organische Phase Flüssig-Reextraktion NH 3 NH n(nh 3 3 :W) >> 1 Feststoff-Reextraktion** n(nh 3 :W) 1,0 2-Phasen- Gemisch Ammonium-Wolframat- Lösung APW x 10 H 2 O Suspension 3-Phasen- Gemisch Kristallisation* T > 100 C Umkristallisation T < 90 C Bandfiltration Trocknung Zentrifugation (inkl. Trocknung) APW x 4 H 2 O * Verdampfungskristallisation APW x 4 H 2 O ** Fällungskristallisation Erzeugung einer übersättigten wässrigen Phase in der Reextraktion durch Anpassung des Mengenverhältnisses von wässriger zu organischer Phase sowie des Molverhältnisses von Ammoniak zu Wolfram, so dass die Verdampfungskristallisation durch eine Fällungskristallisation substituiert werden konnte. Mit der sog. Feststoff-Reextraktion konnte der spezifische Energieverbrauch um ca. 90 % gesenkt werden: von ca. 5 kwh/kg APW auf ca. 0,5 kwh/kg APW Slide 12

13 Lösungswege in einem energieintensiven Unternehmen (5/5): Konzeptionierung eines ganzheitlichen Energiesystems Projektziel Aufbau eines Energieverbundes am Industriestandort Goslar- Oker als gefördertes Leuchtturm-Projekt bzw. Demonstrationsvorhaben (Oker Energy) Zeitplan 1. Projekt-Beginn Macharbeitsstudie Projekt-Umsetzung Konzept Nachhaltige Stromerzeugung: Aufbau eines GuD-Kombikraftwerks auf Basis Biogas inklusive Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung und Zusammenschaltung mit einem Windpark zu einem virtuellen Kraftwerk Arbeitskreis Verlustarmer Stromtransport: Minimierung des Stromverlustes durch Berücksichtigung von flexiblen Wechselstrom-Übertragungssystemen und effizienten Umspanntrafos Flexible Stromspeicherung: Power to Gas durch Nutzung von überschüssigem Strom zur Erzeugung von H 2 -Prozessgas Intelligente Stromverteilung: Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, -speichern und -verbrauchern mittels Smart Grids (inkl. Null-Strom- Bezugsregelung) in der Industrieregion Goslar-Oker Effiziente Stromnutzung: Kontinuierliche Senkung des spezifischen Energieverbrauchs durch Entwicklung und Aufbau von modernsten Produktionstechnologien. Slide 13

14 3. Empfehlungen an die Bundes- und Landespolitik sowie die regionale Industrie, Wissenschaft und Gesellschaft Slide 14

15 Empfehlungen an die Bundes- und Landespolitik sowie die regionale Industrie, Wissenschaft und Gesellschaft Politik 1. Energieverteuerung zur Verbrauchssteuerung darf nur unter Berücksichtigung der technischen Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz erfolgen. 2. Förderung von energiesparenden Produktionstechniken bzw. von dezentralen Energiesystemen (siehe Oker Energy) durch Investitionsanreize bzw. Rückvergütung von Steuern und Abgaben. 3. Kosteneffizientere Förderung von erneuerbaren Energien (bisher: fester Abnahmepreis für Ökostrom > Börsenpreis) und stufenweise Entlassung erneuerbarer Energien in den freien Wettbewerb. 4. Einbeziehung der kleinen & mittleren Industrieunternehmen (inkl. Start-up) in die Energiewende (bisher sind sie durch bürokratische Hemmnisse und festgelegte Voraussetzungen meist ausgeschlossen). Industrie 1. Förderung des Ideen- und Wissensmanagements zur Steigerung von Material- und Energieeffizienz: Mitarbeiter stärker einbinden und erworbenes Fachwissen verfügbar machen ( Wenn die Harzer wüssten, was die Harzer wissen ). 2. Gründung bzw. Weiterentwicklung von Unternehmens-Netzwerken (z.b. REWIMET, Chemie-Cluster Harz, progoslar) zur Bündelung von Einzelaktivitäten und Nutzung von Synergiepotentialen. 3. Aufbau von Mehrzweck-Produktionsanlagen im regionalen Verbund (z.b. im Metall-Recycling) zur Nutzung des ressourcenschonenden Skalen- /Verbundeffektes (Economies of Scale, Economies of Scope). 4. Einhalten bzw. Übertreffen der Selbstverpflichtung der Industrie zur Senkung des spezifischen Energieverbrauchs um min. 1,3 % pro Jahr. Wissenschaft 1. Stärkere Berücksichtigung von Material- und Energieeffizienz in Lehre und Forschung (vergleichbar mit den historischen Innovationen der Harzregion, wie z.b. Recycling von Cu/Zn-Vitriolen, Oberharzer- Wasserregal, Drahtseil,.) Innovation trifft Tradition. 2. Erhalt von Grund- und Werkstofftechnik in Forschung und Lehre als wesentliche Voraussetzung für die Umsetzung der Energiewende. 3. Umsetzung ganzheitlicher Ausbildungskonzepte (d.h. breitere Wissensvermittlung in Ingenieurtechnik, Naturwissenschaft, Ökonomie, Ökologie, Recht,.), denn heutige Probleme erfordern umfassendere Lösungsansätze. 4. Beschleunigung des Wissenstransfers ( Time-to-Market ) durch stärkeren Ausbau außeruniversitärer Einrichtungen als gemeinsame Plattform für Wissenschaft, Industrie und Politik. Zukunftsfähige Energiewende (bezahlbar, versorgungssicher und klimaverträglich) Gesellschaft 1. Steigende Anzahl von Prosumer (= Producer + Consumer) infolge der Energiewende verlangt von den ehemaligen Konsumenten die Bereitschaft, unternehmerische Verantwortung zu übernehmen. 2. Zunehmender Protest gegen Netzausbau, Windräder, effiziente fossile Kraftwerke, Pumpspeicher, etc. hemmt eine zukunftsfähige Energiewende und erfordert eine breite, lösungsorientierte Debatte. 3. Schaffung eines geeigneten Umfeldes für Venture Capital zur Förderung von jungen, regionalen und technologieorientierten Unternehmen ( Start-Ups ) 4. Stärkere Integration von Wissenschaft und Industrie in die regionale Weiterentwicklung durch Gründung von interdisziplinären Netzwerken aus Wirtschaft, Wissenschaft, Verwaltung und Gesellschaft. ( Es muss ein Ruck durch die Harzregion gehen ) Slide 15

16 Anhang Slide 16

17 Entwicklung der EEG-Umlage bzw. Energieintensität 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Entwicklung der EEG-Umlage ( ) in Cent/kWh Entwicklung der Energieintensität ( ) Index 1990 = Energieintensität Primärenergieverbrauch Wirtschaftswachstum Quelle: BMWi Quelle: BMWi Jürgen Trittin, Juli 2004: Es bleibt dabei, dass die Förderung erneuerbaren Energien einen durchschnittlichen Haushalt nur rund 1 kostet soviel wie eine Kugel Eis Peter Altmaier, September 2013: Inzwischen können Sie die Eiskarte rauf und runter essen Sigmar Gabriel, April 2014: Wir wissen, dass wir bis 2017 ein gute Chance haben, den Strompreis stabil zu halten. Deutschland gehört zu den wenigen Ländern, die trotz steigender Wirtschaftsleistung schon seit Jahren einen sinkenden Energieverbrauch aufweisen können. Entsprechend ist die Energieintensität also das Verhältnis von Wirtschaftstätigkeit zu Energieverbrauch in den vergangenen Jahren immer stärker entkoppelt worden. Slide 17

18 Die Industrie ist mit 241 TWh/a der größte Stromverbraucher in Deutschland, davon 66 % für elektrische Motorensysteme Stromverbrauch Sektoren [2013: 528 TWh] Stromverbrauch Industrie [2013: 241 TWh] Stromverbrauch E-Motoren [2013: 159 TWh] Industrie (45,6 %) Gewerbe, Handel Dienstleistung (25,9 %) Haushalte (26,2 %) Verkehr (2,3 %) Quelle: RWE 2014 Elektromotoren (66 %) Prozesswärme (25 %) Beleuchtung (5 %) Information & Kommunikation (4 %) Quelle: BMWi 2008 Pumpen (30 %) Ventilatoren (14 %) Kältemaschinen (14 %) Druckluft (10 %) andere Anwendungen: (32 %) Quelle: Frauenhofer ISI 2008 Slide 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Dr. Michael Reiß H.C. Starck GmbH Im Schleeke Goslar / Germany T