Aufbau, Untersuchung und Demonstration einer innovativen Hochtemperatur-Wasser-Wärmepumpe zur Bereitstellung von industrieller Prozesswärme
Projektdurchführung
Lübbers Anlagen- und Umwelttechnik GmbH
Am Fliegerhorst 19
99947 Bad Langensalza
Zielsetzung
Das Projekt zur Entwicklung von Hochtemperaturwärmepumpen wurde initiiert, um den Herausforderungen der globalen Energiewirtschaft zu begegnen. Die steigenden Kosten fossiler Brennstoffe, die Notwendigkeit zur Reduktion von CO₂-Emissionen und die ineffiziente Nutzung von Abwärme in industriellen Prozessen verdeutlichten den Bedarf an innovativen und nachhaltigen Technologien.
Ziel der Entwicklungsarbeiten der Fa. Lübbers Anlagen- und Umwelttechnik GmbH ist es, eine Lösung für die Nutzung industrieller Abwärme zu schaffen, die ökologische und ökonomische Vorteile vereint und gleichzeitig die Energieeffizienz in der Industrie signifikant verbessert.
Im Rahmen eines abgeschlossenen F&E-Vorhabens wurde von der Fa. Lübbers in Kooperation mit der Uni Erlangen eine innovative Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTWP) konzipiert. Diese zeichnet sich durch den Einsatz des umweltfreundlichen Kältemittels Wasser aus und soll in sehr weiten Leistungsgrenzen skalierbar sein.
Aufbauend auf den Ergebnissen des abgeschlossenen F&E-Vorhabens soll im Rahmen des hier durchgeführten DBU-Projektes die Auslegung, Konstruktion, der Aufbau und der Betrieb einer entsprechenden Demonstrationsanlage erfolgen. Damit soll die Funktionalität des Verfahrens beispielhaft gezeigt werden. Die Anlage soll nach ihrem Aufbau untersucht werden, um einerseits die bisherigen Ergebnisse zu validieren und die Leistungsfähigkeit aufzuzeigen, andererseits weiteres Optimierungspotenzial zu identifizieren.
Bei der Vorhabensumsetzung traten technische und organisatorische Herausforderungen auf. Verzögerungen bei der Bereitstellung technischer Zeichnungen und 3D-Modelle durch Lieferanten sowie lange Wartezeiten bei der Verlegung von Stromkabeln durch Stadtwerke führten zu Verzögerungen im Projektablauf. Darüber hinaus erforderten bauliche Einschränkungen, wie unzureichende Bodenbeschaffenheit, zusätzliche Anpassungen und Ressourcen. Auch die Entwicklung und Optimierung der Steuerungs- und Regelungstechnik stellte eine technische Herausforderung dar, die eine flexible Anpassung der Projektmethoden erforderte.
Technologisch lag der Schwerpunkt auf der Validierung des Prozesses durch umfassende Testreihen unter variierenden Betriebsbedingungen sowie der Optimierung der Steuerungs- und Regelungstechnik. Zudem war die Skalierung der Demonstrator-Anlage auf industrielle Maßstäbe ein zentrales Ziel. Ökonomisch wurde angestrebt, ein vorläufiges Marktkonzept zu entwickeln, um die Technologie wirtschaftlich tragfähig zu machen, und die Umweltvorteile zu quantifizieren, um die Marktfähigkeit zu fördern.
Arbeitsschritte
Die Vorhabensbearbeitung gliederte sich in die folgenden Arbeitsschritte:
• Übertragung technischer Grundlagen und Wettbewerbs-Recherche
• Entwicklung des Demonstratorkonzepts
• Prozess- und Detail-Engineering
• Entwicklung der Steuerungs- und Regelungstechnik
• Entwicklung eines effizientes Gas-Kondensatabscheiders im Unterauftrag durch das LSTM-Erlangen
• Erarbeitung des Gebäudelayouts für die Demo-Anlage
• Gebäudeerrichtung
• Komponentenbeschaffung
• Anlagenaufbau & Montage gemäß R&I-Schema
• Schrittweise Inbetriebnahme einzelner Prozessbereiche
• Leistungstests und Validierung
• Erstellung Gefährdungsbeurteilung, Dokumentation der Einhaltung DIN-Normen.
Ergebnisse
Projektziel und Verlauf:
Ziel war die Entwicklung einer innovativen Hochtemperaturwärmepumpen-Lösung (HT-H2O-WP®) mit ökologischen und ökonomischen Vorteilen. Geplant war die Untersuchung spezifischer Anwendungsfälle, Quantifizierung der Umweltvorteile und Erstellung eines Marktkonzepts.
Trotz wesentlicher Fortschritte kam es zu Verzögerungen, u. a. durch bauliche Einschränkungen, Probleme bei Bauantrag und Materiallieferungen sowie fehlende Lieferantenunterlagen. Testreihen konnten nur teilweise abgeschlossen werden; weitere Tests sind zur vollständigen Validierung erforderlich.
Reaktionsmaßnahmen wie ein detaillierter Inbetriebnahmeplan, verstärkte Sicherheitsvorkehrungen und intensivere Abstimmungen mit Behörden und Lieferanten halfen, die Projektziele weiterhin zu verfolgen.
Ökologische Bewertung
Die HT-H2O-WP®-Technologie ermöglicht die Nutzung natürlicher Kältemittel mit geringer Umweltbelastung. Durch die Umwandlung industrieller Abwärme in Prozesswärme werden CO₂-Emissionen reduziert und fossile Brennstoffe ersetzt. Die Skalierbarkeit der Technologie erlaubt den Einsatz in energieintensiven Branchen und fördert den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Industrie. Die Umweltverträglichkeitsprüfung bestätigt die Vereinbarkeit mit globalen Nachhaltigkeitszielen.
Technologische Bewertung
Der Demonstrator wurde normgerecht entwickelt und ermöglicht den Betrieb unter verschiedenen Druckbedingungen (Unter- und Überdruck). Die Nutzung natürlicher Kältemittel bei hoher Temperatur stellt eine technologische Innovation dar. Die Technologie ist skalierbar, anpassbar und entspricht dem aktuellen Stand der Technik. Laufende Wettbewerbsrecherchen und Austausch mit anderen Firmen sichern die Weiterentwicklung.
Ökonomische Bewertung
Die HT-H2O-WP®-Technologie verbessert die Energieeffizienz signifikant und ermöglicht erhebliche Kosteneinsparungen in industriellen Anwendungen. Die große Nachfrage nach der Umrüstung bestehender Anlagen zeigt das Marktpotenzial. Ein vorläufiges Marktkonzept wurde entwickelt, das sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile adressiert und die Kommerzialisierung unterstützt.
Öffentlichkeitsarbeit
Zur Steigerung der Bekanntheit und Marktakzeptanz wurden die Maßnahmen zur Verbreitung der Projektergebnisse deutlich intensiviert. Neben Fachvorträgen auf Branchenevents und Präsentationen auf Messen wurde gezielt auf die Veröffentlichung von Fachartikeln gesetzt. Die Marktrecherche zeigte ein großes Interesse insbesondere bei Betreibern energieintensiver Produktionsanlagen mit hohem Wärme- und Erdgasbedarf.
Ein wesentlicher Baustein war der Launch der neuen Website industrie-waermepumpe.de, die umfassend über das Lübbers Energy Upcycling System und neueste Technologien zur fossilfreien Wärmeerzeugung informiert. Damit werden nicht nur die technologischen Lösungen vorgestellt, sondern auch Unternehmen bei der Transformation bestehender Produktionsanlagen unterstützt.
Im Rahmen der internationalen MUVA-Konferenz in Kempten wurde das Konzept erstmals einem breiten Fachpublikum der Milchwirtschaft präsentiert. Besonders hervorgehoben wurden die Fähigkeit zur Nutzung von Abwärmequellen zwischen 30 °C und 100 °C, die Integration in bestehende Dampfinfrastrukturen sowie Energieeinsparungen von bis zu 80 %.
Zusätzlich wurde die Pflege der LinkedIn-Präsenz forciert, um laufend neue Projekte, Referenzen und Erfolge zu teilen.
Fazit
Das Entwicklungsprojekt hat bedeutende Fortschritte in der Entwicklung und Validierung einer innovativen Hochtemperatur-Wärmepumpe (HTWP) erzielt. Die Technologie zeigt großes Potenzial, die Energieeffizienz industrieller Prozesse zu steigern und CO₂-Emissionen durch Nutzung bisher ungenutzter Abwärme deutlich zu senken. Innerhalb weniger Monate wurde trotz einiger Hürden eine Pilotanlage erfolgreich von der Konzeptphase bis zur Umsetzung realisiert.
Die Tests bestätigten die technische Machbarkeit und hohe Effizienz (COP > 10) beim Demonstrator mit dem entsprechenden Temperaturhub. Erste Ansätze zur Erweiterung der Einsatzgrenzen auf niedrigere Abwärmetemperaturen und höhere Prozesswärme wurden entwickelt. Aufgrund baulicher Verzögerungen sind jedoch noch weitere Validierungen nötig:
Abschluss der Validierung: Weitere Tests unter realen Bedingungen.
Komponentenoptimierung: Verbesserte Geometrien und Strömungsführung für Großanlagen.
Integration in Bestandsanlagen: Berücksichtigung der schwierigen Baubedingungen und Planungsverzögerungen.
Markteinführung: Intensivierung der Öffentlichkeitsarbeit durch Fachvorträge, Messeauftritte und Publikationen.
Die Marktrecherche zeigt großes Interesse bei Betreibern energieintensiver Anlagen mit hohem Wärmebedarf. Herausforderungen bleiben die hohen Investitionskosten und komplexe Förderanträge. Eine großtechnische Referenzanlage soll Investoren künftig mehr Vertrauen geben.
Das Projekt bildet eine solide Grundlage für die breite industrielle Einführung der HTWP-Technologie.