Die CO2-neutrale Fabrik Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion

Transkript

1 Die CO2-neutrale Fabrik Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Vortrag im Rahmen des AK 6 des VDI und dem VDE Kassel 6. Oktober 2009 Christoph Holzäpfel Limón GmbH

2 Frisches Denken Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

3 Geschäftsfelder Energieeffizienz in der Produktion Simulation von Fabrik- und Energiesystemen Steuerung von Produktions- und Energieanlagen Mess- und Prüfsysteme für Stoff- und Energieflüsse Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

4 Neue Rahmenbedingungen für Industrie Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

5 Klimaschutzinitiative: Energieeffizienz Ziele der Bundesregierung 40% Reduktion der Treibhausgase bis 2020 (Bezug: 1990) Verdopplung der Energieproduktivität bis 2020 bezogen auf 1990 (3% pro Jahr) Ziele des Landes Hessen 20% Anteil Erneuerbare Energien am Endenergieverbrauch bis 2020 (ohne Verkehr) Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

6 Wandlungsverluste Elektromotor Kinetische Energie (Elektromotor) :33 % Nutzenergie :4 % Motorverluste :1 % Generatorverluste :46 % Dampfturbinenverluste :7 % Kesselverluste :9 % Brennstoffaufbereitung Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

7 Wandlungsverluste Druckluft Kinetische Energie (Druckluft) :4% Nutzenergie :7% Entspanungsverluste :22% Kompressionsverluste :4% Motorverluste :1% Generatorverluste :46% Dampfturbinenverluste :7% Kesselverluste :9% Brennstoffaufbereitung Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

8 Externe Randbedingungen Klima/Wetter, Politik, Energieversorgung (extern), Standort, Logistik Produkt Gebäude/TGA Produktion Energieversorgung (intern) Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

9 Ansatz Kundenspezifische, individuelle Lösungen prozessorientierte Betrachtungsweise Ausgangsbasis sind Prozessanforderungen an die Energiemedien Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

10 Vorgehensweise Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

11 Themenbereiche Wärmedämmung Beleuchtungstechnik Wärme- und Kälteintegration Prozesswärme Klima- und Lüftungstechnik Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) Wärmebereitstellung Drucklufttechnik Maschinen- und Anlagentechnik M Pumpen und Motoren Heiz- und Kältetechnik Kältebereitstellung Druckluftbereitstellung Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

12 Vorgehensweise Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

13 Vorgehensweise Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

14 Praxisbeispiele Pharmaindustrie

15 Ausgangssituation Branche: Arbeitnehmerzahl: Projekt: Biotechnologie- und Pharmaunternehmen 900 Mitarbeiter Energiebilanzierung der Impfstoffproduktion Besonderheiten: Genehmigungsbedürftiger Prozess Reinraumtechnik (Verhinderung von Kontamination der Luft durch Partikel) Aufwendige Klimatisierung Medien: PUW, WFI, Reinstdampf Schwerpunkte: Steigerung der Energieeffizienz im Bereich der Lüftungstechnik Identifikation von Potenzialen in den Bereichen Kältetechnik, Reinstmedienerzeugung und Energiebereitstellung Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

16 kw C kw C Modellierung und Simulation der Klimatisierungsanlagen Kühl- und Heizleistung [alt] Verbesserte Wärmerückgewinnung und Außenluftregelung reduziert den Heizund Kühlbedarf Kühlleistung Heizleistung Außentemperatur Kühl- und Heizleistung [neu] Absenkung der Luftwechselrate in nicht-produzierenden Zeiten (Nacht) reduziert den elektrischen Energiebedarf Kühlleistung Heizleistung Außentemperatur Modell mit Außenluftregelung, Wärmerückgewinnung -46 und Nachtabsenkung Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

17 Einsparpotenziale in der Lüftungstechnik Reduzierung der Energiekosten um 66% Dampf 0% Kälte 14% Wärme 16% WRG Dampf 0% Kälte 37% Wärme 90% Dynamische Außenluftregelung Nachtabsenkung Dampf 64% Kälte 50% Wärme 90% Wirtschaftlichkeit Amortisationszeit 1,9 Jahre ROI 422% Interne Verzinsung 42% Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

18 Praxisbeispiele Reifenproduktion

19 Ausgangssituation Branche: Arbeitnehmerzahl: Projekt: Reifenproduktion inkl. Rohmaterialbereitstellung, Halbzeugfertigung und Vulkanisation Mitarbeiter Initialberatung, In Zusammenarbeit mit dem Energieversorger Energieanalyse der Reifenproduktion durch Erfassung, Auswertung und Darstellung aller relevanten Stoff- und Energieströme Aufzeigen möglicher Bereiche zur Detailuntersuchung Maßnahmenentwicklung zu Einsparpotenzialen im Bereich -Kühlung einer Fertigungslinie Halbzeuge -Vulkanisation Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

20 Kühlung einer Fertigungslinie Halbzeuge Modellierung der bisherigen Kältebereitstellung Berechnung unterschiedlicher Lösungsansätze zur effizienten Kühlung Prüfung der Prozessvorgaben Temperaturprüfung des Materials anstatt des Kühlwassers Verlängerung der Kühlstrecke Tfluid=20 C Tfluid=20 C Tfluid>20 C Tfluid>20 C Verlängerung Kühlstrecke TMaterial, Eintritt=90 C TMaterial, Eintritt=90 C TMaterial, Austritt=40 C TMaterial, Austritt=40 C TMaterial, Eintritt=90 C TMaterial, Eintritt=90 C TMaterial, Austritt=40 C TMaterial, Austritt=40 C Umstellung von Kompressionskälte auf Absorptionskälte Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

21 Vulkanisation Reduzierung des Dampfbedarfs der Vulkanisationspressen Minderung der Strahlungsverluste an der Presse durch niedrig emittierende Beschichtung -Verifizierung der Einsparpotenziale Verlustrechnung Mantelfläche/Container m² 2,43 Maße Container Radius 0,775 Höhe 0,500 -Laborversuch ɛ = 0,2 Variation Emissionskoeffizient Referenz Low-E-Lack Gesamtwärmeverlust W/m , ,77 Anteil Strahlung 48,51% 24,63% Oberflächentemperatur C 146,69 155,52 Wärmeverlust/Container W 3.862, ,34 Differenz W 1.024,16 Produktionszeit/Jahr Anzahl Pressen Stck 138 Anteil Backzeit 0,75 Anzahl Container/ Presse 2 Auslastung 88% Differenz im Jahr kwh Preis/kWh thermisch 0,06 Einsparung in /a ɛ = 0,6 ɛ = 0,9 Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

22 Ergebnisse Kühlung -Reduktion des Strombedarfs im Bereich Kühlung um 125 MWh bzw Vulkanisation -Reduktion des thermischen Energiebedarfs im Bereich Vulkanisation um MWh bzw bei einem Invest von Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

23 CO 2 e-neutrale Produktion

24 Klimarelevante Treibhausgase und GWP-Werte Treibhausgas Chemisches Zeichen Global Warming Potential (GWP) CO 2 CO 2 1 Methan CH 4 21 Lachgas N 2 O 310 Fluorchlorkohlenwasserstoffe FCKW bis zu Fluorkohlenwasserstoffe FKW/HFKW bis zu Tetrafluorethan R-134a, HFC-134a Schwefelhexafluorid SF Perfluoromethane CF Stickstofftrifluorid NF Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

25 CO 2 -Neutralität CO 2 -Neutralität Eine Produktion kann als CO 2 -neutral bezeichnet werden, wenn keine klimaschädlichen Emissionen anfallen bzw. diese kompensiert werden können. Der Ort für die Durchführung dieser Kompensationsmaßnahmen kann beliebig sein, da der Treibhauseffekt ein globales Problem darstellt Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

26 CO 2 -neutrales Unternehmen Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

27 CO 2 -neutrale Produktion Bilanzgrenzen Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

28 CO 2 -neutrale Produktion Bilanzgrenzen ziehen Eingangsströme benennen und messen (z.b. Strom, Wärme, Kälte, Druckluft; Rohstoffe und Vorprodukte für die Produktion) Ausgangsströme benennen und messen (z.b. Produkte, Abfall, Abwärme, Emissionen) Ein- und Ausgangsströme herausfiltern, die zu den wesentlichen Belastungen des Klimas führen CO 2 -Reduzierungspotenziale ausarbeiten und umsetzen (z.b. Energieeffizienzmaßnahmen, Bau von Anlagen erneuerbarer Energien) Berechnung der Restemissionen und Kompensierung gemäß gewählter Richtlinie Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

29 CO 2 -neutrale Produktion 100 t 75 t 100 t oftmals wirtschaftlich realisierbar 80 t 60 t Emissionen in CO 2e 50 t 25 t 40 t 50 t 0 t -25 t Ist-Zustand Energieeffizienz Einkauf emissionsarmer Rohstoffe Erneuerbare Energie lokale Kompensation -50 t Vorketten eigene Produktion Emissionen durch Kompensation Kompensationsmaßnahme Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

30 Erstellung von Bilanzen Beispiel Elektrische Energie Datensatz aus gemis 422 Deutscher Strommix PV multikristallin Strom aus Biogas-BHKW Strom aus Erdgas-BHKW Strom aus Windkraftanlage CO 2 -Äquivalent 620 kg/mwh 107 kg/mwh 89 kg/mwh 258 kg/mwh 23 kg/mwh Um CO 2 -neutral zu sein: Emissionen auf Null reduzieren Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

31 Kompensationsmöglichkeiten Teilnahme am Emissionshandel CDM- oder JI-Projekte Investition in Senken Investition in regionale Projekte Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

32 Zertifizierungen / Labels Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

33 Praxisbeispiel CO 2 -neutrale Wechselrichterfabrik

34 Die CO 2 -neutrale Wechselrichterfabrik von SMA Auf Grund von datenschutzrechtlichen Gründen sind die Informationen zur CO2-neutrale Wechselrichterfabrik von SMA lediglich unter folgendem Link zu erfahren: Energieeffiziente und CO 2e -neutrale Produktion Christoph Holzäpfel

35 Frisches Denken für Produktion und Energie Limón GmbH Untere Königsstraße 86 D Kassel t f