VERFAHRENSTECHNIK

Überschüssige Energie aus der Industrie

Vernetztes Heizen mit Abwärme

Der Schweizer Gebäudepark könnte ökologisch viel nachhaltiger beheizt und gekühlt werden, als dies jetzt der Fall ist. Forschende der Hochschule Luzern schaffen im Auftrag des Bundesamtes für Energie (BFE) eine Plattform, die Wissen um die Technik der Thermischen Netze bündelt. Angesprochen sind Raumplaner, Investoren, Industrie sowie Energieplaner und -lieferanten. Sie sollen befähigt werden, sich an fundierten Methoden zu orientieren und so von einer höheren Planungssicherheit profitieren.

Der Schweizer Gebäudepark ist für rund 33 Prozent der CO 2 -Emissionen verantwortlich. Denn geheizt wird in rund 60 Prozent der Wohnbauten immer noch vor allem mit fossilen Energieträgern wie Hei zöl oder Gas. Auch wenn die Heizungen ersetzt werden müssen, wird mehrheitlich wieder eine Öl- oder Gasheizung einbaut; Alternativen werden kaum je überprüft. Deshalb leistet das frisch gestartete Programm «erneuerbar heizen» von Energie Schweiz mit gezielten Beratungen einen Beitrag zur Förderung von Alternativen. Denn an vielen Orten können erneuerbare Energien wie Sonne, Erdwärme, Holz oder auch ein Fernwärmeanschluss installiert werden.

Wärme aus industriellen Prozessen

Fernwärme nutzt zum Beheizen von Liegenschaften Abwärme von Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA), Abwasser, industriellen Prozessen, Wärmekraftkopplungs-Anlagen oder Geothermie. In der nahen Zukunft wird wegen der Klimaerwärmung der Aspekt der Fernkälte immer wichtiger. Denn auch kaltes Wasser kann über Thermische Netze geleitet werden. Als Kältequellen stehen etwa See-, Fluss- und Grundwasser sowie das Geocooling zur Verfügung.

Wissen erarbeiten, sammeln und vermitteln

Thermische Netze beziehen Wärme oder Kälte dort, wo sie ohnehin anfällt. Über ein Leitungsnetz mit warmem oder kaltem Wasser transportieren sie diese dorthin, wo sie genutzt wird. «So können Unterdeckungen an einem Ort mit Überschüssen

Thermische Netze: Fernwärme nutzt zum Beheizen von Liegenschaften Abwärme von Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA), Abwasser, industriellen Prozessen, WärmekraftkopplungsAnlagen oder Geothermie.

an einem anderen Ort kompensiert werden», erklärt Prof. Joachim Ködel. Er leitet seit 2016 und noch bis 2021 das Programm «Thermische Netze» am Institut für Gebäudetechnik und Energie der Hochschule Luzern. Sein Team hat vom Bundesamt für Energie BFE den Auftrag bekommen, Wissen über die Technik der Thermischen Netze zusammenzutragen. Denn in der Schweiz wird an verschiedenen Orten bereits seit längerem mit Fernwärme, oder seit einigen Jahren auch mit Niedertemperaturnetzen, für Heizung und Kühlung gearbeitet oder zum Thema geforscht. Dies geschieht teilweise dezentral und auf kantonaler Basis. Das bedeutet: Zum Beispiel in Graubünden erworbenes Wissen dringt nicht nach Luzern oder Bern. Dieses Wissen wird nun gesammelt, systematisiert und in einem Handbuch und weiteren Grundlangedokumenten allen Entscheidungsträgern in Sachen Wärme- und Kälteversorgung zugänglich gemacht. «Wichtig ist, dass die Entscheider mit Fakten operieren können und die Diskussion um die Technik versachlicht wird», sagt Ködel. Diese Informationen finden sich gesammelt auf der Projektwebsite www.hslu.ch/thermische-Netze.

Leitungsnetz ist Voraussetzung

Damit Fernwärme und Fernkälte in einem Gebiet sinnvoll eingesetzt werden können, muss eine genügend hohe Wärmedichte vorhanden sein. Das ist vor allem in Stadtzentren, Mehrfamilienhausquartieren sowie in Gewerbezonen der Fall. In diesen Gebieten empfiehlt Ködel, Fern

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wärme und -kälte mit Priorität in Betracht zu ziehen, da individuelle Heizungen oder Kälteanlagen kaum eine ökologisch gleichwertige Alternative bieten können. In urbanen Gebieten ist die Verlegung von Leitungen zurzeit allerdings häufig kostenintensiv. Hier ökonomische Lösungen zu identifizieren, neue zu finden und das Wissen mit Weiterbildungen zu vermitteln, steht zum jetzigen Zeitpunkt im Fokus des Projekts. Angesprochen sind Raumplaner, Investoren, Industrie sowie Energieplaner und -lieferanten. Sie sollen befähigt werden, sich an fundierten Methoden zu orientieren und so von einer höheren Planungssicherheit profitieren. Dafür werden Aus- und Weiterbildungskurse angeboten und Präsentationen von realisierten Projekten organisiert. «So werden alle befähigt, Thermische Netze dort einzusetzen, wo es zweckmässig ist und ökologisch und ökonomisch sinnvoll», sagt Joachim Ködel. Der Bedarf ist in Zukunft gross. Es wird erwartet, dass im Jahr 2050 rund 40 Prozent des Raumwärme und Brauchwarmwasserbedarfs über thermische Netze, also Hoch- bis Niedertemperaturnetze, gedeckt werden könnten, vorausgesetzt, dass der Energiebedarf des Gebäudeparks dank Sanierungsmassnahmen um rund die Hälfte reduziert werden kann.

Medienmitteilung Hochschule Luzern www.hslu.ch

+41 56 619 52 52 · info@sigimedia.ch

Kontakt Prof. Joachim Ködel Hochschule Luzern Werftestrasse 4 CH-6002 Luzern +41 41 349 35 01 joachim.koedel@hslu.ch www.hslu.ch

Weichmacher werden bei der Herstellung von Kunststoffprodukten eingesetzt, um diese flexibler und dehnbarer zu machen.

Hermetisch dichte Prozess-Membranpumpen

Sichere Produktion von Weichmachern

Weichmacher bedienen einen riesigen Absatzmarkt: 2018 betrug ihr weltweites Volumen laut dem Marktforschungsinstitut Ceresena Research 7,6 Millionen Tonnen. Einige der Stoffe gelten allerdings als toxisch und können beim Übergang in andere Medien wie Wasser oder Fett stark umwelt- und gesundheitsschädigend wirken. Da dies bereits bei der Herstellung dieser Chemikalien zu berücksichtigen ist, werden dabei meist robuste Prozess-Membranpumpen eingesetzt.

Rainer Sonnenfroh 1

87 Prozent aller Weichmacher wurden nach Angaben des Marktforschungsinsti tuts Ceresena Research im Jahr 2018 für Kunststoffprodukte eingesetzt. Den Grossteil des Bedarfes machten mit 2,33 Millionen Tonnen diverse Folienprodukte aus, die ebenso wie viele Bodenbeläge, Kabel und Schläuche auf dem Massenkunststoff Polyvinylchlorid (PVC) basieren. Sie alle erhalten durch die Zugabe der farb- und weitestgehend geruchlosen Weichmacher ihre speziellen Gebrauchseigenschaften: Der von Natur aus harte und spröde Werkstoff wird so flexibel und dehnbar beziehungsweise überhaupt erst brauchbar, ohne an Formstabilität zu verlieren. Die hierfür eingesetzten Weichmacher, auch Plastifikatoren genannt, gehören überwiegend zur Gruppe der Phthalate, einem Ester, der in vielen Variationen vorliegen kann.

Robuste und verschleissfeste Technik erforderlich

Bei der Produktion von Weichmachern sind also besonders hohe Sicherheitsmassnahmen zu treffen, wenn aus dem benzinähnlichen Vorprodukt Naphtha (Rohbenzin) mittels eines mehrstufigen Prozesses ungiftige, langkettige Weichmacher hergestellt werden. Dies gilt im Besonderen für den Einsatz von Pumpen, da diese für einen störungsfreien Transport von oftmals toxischen Fluidgemischen verantwortlich sind und während des Herstellungsvorgangs als Reaktorbefüllungs- oder Druckerhöhungsanlagen verwendet werden. Zudem müssen die Anlagen durch eingebaute Sicherheitsmechanismen auch bei extremen Betriebszuständen einwandfrei funktionieren oder Betriebsschäden nach Bedienfehlern verhindern. Aus Sicherheitsgründen werden daher bevorzugt hermetisch dichte Prozess-Membranpumpen eingesetzt: Diese gewährleisten durch ihre sichere und robuste Technik eine leckagefreie Förde rung des Naphtha-Gemischs und vermeiden so, dass gefährliche Flüssigkeiten in die Umwelt gelangen. Dies liegt im We sentlichen daran, dass die Pumpentechnik ohne dynamische Dichtungen arbeitet. Die PTFE-Membran ist Förderorgan und gleichzeitig statische Abdichtung des Pumpenarbeitsraums: eine Grundvoraussetzung für die sichere Förderung von flüssigen Risikostoffen. Durch dieses Prinzip können gleichzeitig niedrige Lebenszyklus- und geringe Wartungskosten erzielt werden. Das patentierte Membranschutzsystem Lewa DPS stellt dabei die Grundlage für die Kostenreduktion dar. Eine Feder unterstützt die Saugbewegung der Membran und sorgt zuverlässig dafür, dass sich diese im-

mer in der richtigen Position befindet. Beschädigungen der Membran werden durch das Überwachungssystem sofort angezeigt. Die Pumpe ist weiterhin hermetisch dicht und kann im Fall eines Membranwechsels kontrolliert heruntergefahren werden. Zusätzlich zum DPS verfügt jede Lewa-Prozess-Membranpumpe über eine interne Überdruckabsicherung. Durch diese Schutzsysteme wird sichergestellt, dass sich die Maschine auch in kritischen Be triebszuständen sicher kontrollieren lässt und Leckagen vermieden werden.

Alles aus einer Hand

Die Effizienz der Produktionsprozesse ist jedoch nicht nur von der Auswahl und Inbetriebnahme geeigneter Pumpentechnik abhängig. Ein ganzheitlicher Ansatz, der Entwicklung, Produktion und Service umfasst, bietet daher klare Vorteile. Nur wenn alle Bereiche in einer Hand liegen, ist der Pumpen- bzw. Anlagenhersteller in der Lage, dem Anwender eine komplette und individuelle Lösung für das jeweilige Projekt anzubieten. Die Pumpen sollten dabei in ein Gesamtkonzept einbezogen werden, das von der Planungsunterstützung über die aktive Anlagen- und Werkzeugberatung bis hin zu einer Lagerhaltungsstrategie die komplette Leistungsbreite offeriert. Ein solcher «Alles-aus-einer-Hand»-Ansatz sorgt für kürzere Kommunikationswege und bündelt das erforderliche Know-how an den Schnittstellen der einzelnen Arbeitsbereiche. Erfahrene Anlagenhersteller erstellen daher im Vorfeld Rohrleitungsstudien und Machbarkeitsanalysen, bevor die Ausle gungspläne der zuständigen Ingenieure in Produktion gehen. Auf diese Weise können kundenspezifische Anforderungen in die Planung einfliessen und Konstruktions

komponenten auf die jeweils vorliegende Situation angepasst werden. Nach Inbetriebnahme der Anlage durch einen Service-Ingenieur kann dem Kunden für den gesamten Lebenszyklus der angeforderten Pumpen zudem ein eigener Service-Experte zur Seite gestellt werden, der die Beratung bei Anwendungsschwierigkeiten übernimmt und anfallende Wartungsarbeiten durchführt. Ganzheitliche Lösungskonzepte wie dieses ermöglichen eine schnellere und störungsfreie Abwicklung, da Herausforderungen und Schwierigkeiten stark vereinfacht und innerhalb eines Unternehmens kommuniziert werden können.

Fazit

Das weltweite Produktionsvolumen von Weichmachern zum Einsatz in Kunststoffprodukten steigt stetig an. Eine leckagefreie Förderung ist hierbei äusserst wichtig, da Weichmacher aus einem auf Naphtha basierenden Fluidgemisch gewonnen werden, das toxisch auf Mensch und Umwelt wirkt. Daher müssen eingesetzte ProzessMembranpumpen höchste Sicherheitsanforderungen erfüllen. Hierbei hilft es, die reine Produktion und Lieferung der Pumpe in ein gesamtheitliches Konzept zu integrieren, das auch Planung, Beratung, Inbetriebnahme und Wartungsservice miteinschliesst.

Bei kritischen Anwendungen wie der Weichmacherproduktion ist eine hermetisch dichte Pro- zess-Membrantechnik erforderlich.

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