Dekarbonisierung der Dampf- und Prozessenergieerzeugung in der Industrie
16. Dezember 2025
Die Dampferzeugung zählt in vielen Industriebetrieben zu den energieintensivsten Prozessen und ist häufig noch von fossilen Brennstoffen wie Erdgas abhängig. Angesichts ambitionierter Klimaschutzziele, volatilerer Energiepreise und steigender CO₂-Kosten gewinnt die Dekarbonisierung der Dampferzeugung zunehmend an Bedeutung.
Im Fokus steht dabei die Elektrifizierung – insbesondere die Kombination aus Elektrokesseln mit oder ohne thermischen Hochtemperaturspeichern oder Wärmepumpen mit Dampfkompression. Durch den Einsatz von grünem Strom aus PV- oder Windanlagen kann der CO₂-Ausstoß im Vergleich zu fossilen Kesseln nahezu auf null reduziert werden.
Ansatz 1: Elektrokessel und Hochtemperaturspeicher
Technische Grundlagen:
Elektrokessel sind eine flexible und emissionsfreie Alternative zu herkömmlichen Kesseln.
Bei den Elektrokesseln muss zwischen direkt-elektrischen Dampferzeugern und indirekt-elektrischen Dampferzeugern unterschieden werden.
Bei den direktelektrische Dampferzeugung wird unterschieden zwischen:
Beim Elektrokessel oder auch Widerstandsheizkessel erhitzen Heizstäbe (ähnlich wie bei einem Tauchsieder) das Wasser. Beim Elektrodenkessel wird der Strom direkt durch das Wasser geleitet; die Wassermoleküle selbst dienen dabei als Widerstand.
Indirekt-elektrische Dampferzeuger verfügen über einen Speicher und ein Wärmeträgermedium.
Welche Technik sinnvoll ist, hängt von vielen standort- und prozessspezifischen Faktoren wie
z. B. Temperaturniveau, Leistung, Netzanschluss oder Art der Prozesswärmenutzung ab.
Um jedoch die Vorteile der Elektrifizierung optimal ausnutzen zu können, ist ein
Hochtemperaturspeicher als zentrales Element zwingend erforderlich – nur so kann eine
zeitliche Entkopplung von Strombezug und Dampfbedarf umgesetzt werden.
Ein solches Gesamtsystem besteht neben dem Hochtemperaturspeicher aus einem elektrischen Heizelement, einem Dampferzeuger sowie einem Wärmeträgermedium.
Über ein elektrisches Heizelement wird ein Wärmeträger (z. B. Luft, Thermoöl, Flüssigsalz, Keramik oder Grafit) erhitzt. Dieser Wärmeträger kann direkt zur Dampferzeugung genutzt oder in einem Speicher wie Stahl, Keramik, Flüssigsalz, Grafit o. ä. gespeichert werden. Die gespeicherte Energie kann bei Bedarf zur Dampferzeugung genutzt werden – auch dann, wenn kein erneuerbarer oder kein günstiger Strom verfügbar ist.
Wirtschaftliche Bewertung – Kostenreduktion durch Flexibilität und Eigenstrom:
Die Wirtschaftlichkeit eines elektrischen Dampfsystems wird neben dem Kapitaldienst maßgeblich durch den Strompreis bestimmt.
Drei zentrale Hebel kommen hier zum Tragen:
- 1PV- oder Windanlage als Eigenstromquelle:
Die Installation einer Photovoltaik- oder Windanlage bietet die Möglichkeit, einen Teil des Strombedarfs direkt und kostengünstig aus eigenem regenerativem Strom zu decken. Die Kombination aus PV- und Windstrom mit einem Hochtemperaturspeicher maximiert den Eigenverbrauch und minimiert den Zukauf von teurem Netzstrom. - 2Atypische Netznutzung:
Durch eine intelligente Steuerung in Verbindung mit dem Hochtemperaturspeicher kann der Elektrokessel gezielt zu Zeiten niedriger Netzbelastung betrieben werden. Dies ermöglicht die Nutzung vergünstigter Netzentgelte, da die Spitzenlast im Netz vermieden wird. Unternehmen können so um bis zu 80 % der Netzentgelte einsparen. - 3Börsenpreisorientierter Stromeinkauf:
Der Speicher ermöglicht es, ergänzend oder alternativ in Zeiten hoher regenerativer Erzeugung Überschussstrom und damit besonders günstige Strompreise bei hoher EE-Erzeugung zu nutzen.
Ansatz 2: Wärmepumpe mit Dampfverdichtung
Die Wärmepumpe nutzt Abwärme zur Erzeugung von Niederdruckdampf, der anschließend in mehreren Verdichtungsstufen auf das benötigte Druck- und Temperaturniveau verdichtet wird. Die Dampfverdichtung erfolgt mehrstufig, da in einem Verdichtungsprozess eine Temperaturerhöhung begrenzt ist.
Voraussetzung ist eine Abwärmequelle mit mindestens 40–50 °C, z. B. aus Destillations- oder Abluftkondensation. Bei einem
Temperaturhub von 40 °C Ablufttemperatur und einer Dampferzeugung auf 1,5 bar, 120 °C, kann mit dem System aus Wärmepumpe und Dampfkompression eine Leistungszahl von etwa 3 erreicht werden.
Dabei stehen zwei Systeme zur Verfügung:
Vor- und Nachteile:
Ansatz 3: Wasserstoff und andere erneuerbare Gase
Wasserstoff bietet den Vorteil, dass bestehende Kessel für den Betrieb mit H₂/Erdgas-Gemischen mit geringem Aufwand und geringen Investitionen angepasst und umgerüstet werden können.
Reine H₂-Kessel können im Zuge eines regulären Kesseltauschs installiert werden. Die Investitionen sind im Vergleich zu den vorgenannten Ansätzen niedrig.
Die Gas- und Wasserstoffversorgung kann wie gewohnt über die Erdgasleitung mit den bekannten Versorgern erfolgen.
Vorteile:
Nachteile:
Wasserstoff kann alternativ auch vor Ort per Elektrolyse erzeugt werden.
Mit der Speicherung von Wasserstoff lassen sich ähnliche Flexibilitätsvorteile erzielen wie bei elektrischen Systemen mit Speichern. Allerdings sind die Investitionen höher, der Platzbedarf
größer und Genehmigungsverfahren aufwendiger.
Alternativen sind Biomethan oder Bio-LNG aus Biogasanlagen. Biomethan erfordert keinen Umbau, hat aber – je nach Einsatzstoff der Biogasanlage – CO₂-Emissionen von 0 bis ca. 65 % im Vergleich zu Erdgas.
Wir helfen Ihnen bei Ihren Klimazielen
Gerne erstellen wir für Sie eine individuelles Klimakonzept. Mit unserer Methodik erreichen Sie Ihre Klimaziele schneller und effizienter.
Rufen Sie mich unverbindlich an oder schreiben Sie mir eine E-Mail.
Andreas Reichel
Warum die eta Energieberatung?
Die eta Energieberatung ist ein europaweit aktives Beratungsbüro, das im energietechnischen und energiewirtschaftlichen Bereich tätig ist. Seit mehr als 27 Jahren beraten und unterstützen wir unsere Kunden beim Energieeinkauf und erstellen Einspar- und Versorgungskonzepte. Zu unseren Kunden gehören kleine und mittelständische Unternehmen aus allen Branchen, namhafte Großunternehmen, Energieversorger, Stadtwerke, Kommunen sowie private und öffentliche Einrichtungen.
Von der Idee über die Umsetzung bis hin zur Inbetriebnahme und darüber hinaus sind wir für Sie da.
Unser erfahrenes Experten-Team für Energieprojekte geht individuell auf Ihre Bedürfnisse ein und steht als kompetenter und zuverlässiger Partner an Ihrer Seite.