DEKARBONISIERUNG ENERGIEINTENSIVER PROZESSE

Niedrige Energiekosten bilden einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil in der Lebensmittelindustrie. Gleichzeitig erfordern Klima- und Umweltschutz, dass Unternehmen ihre CO₂-Emissionen konsequent senken und verstärkt Energie aus erneuerbaren Quellen nutzen. Dabei müssen Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit gewährleistet bleiben: Strom- und Wärmeverbräuche sind gezielt zu steuern, um Lastspitzen zu begrenzen und die vorhandenen Versorgungskapazitäten optimal zu nutzen.

„Die Lebensmittelindustrie ist aufgrund ihres hohen Wärmebedarfs, ihres Abwärmepotenzials und ihrer kontinuierlichen Produktionszyklen einer der vielversprechendsten Sektoren für die Integration von Wärmepumpen“, erklärt Isabel Osteroth, Senior Director Sustainable Engineering Solutions bei GEA. Vor diesem Hintergrund entwickeln sich Hochtemperatur-Wärmepumpen zu einem zentralen Element der Energiewende. Mit den jüngsten Technologien lässt sich industrielle Abwärme auf Temperaturniveaus von 135 bis 160 Grad Celsius anheben und wieder in thermische Prozesse zurückführen. Welche Temperaturen und Effizienzwerte erreichbar sind, hängt unter anderem von der Wärmequelle und dem erforderlichen Temperaturhub ab.

Auch Technologien wie Elektrodenkessel und andere elektrische Dampferzeuger schaffen als Power-to-Heat-Lösungen neue Möglichkeiten, Prozesswärme bereitzustellen und fossile Energieträger schrittweise zu substituieren. Besonders in Bereichen wie Pasteurisation, Sterilisation, Trocknung sowie der Heißwasser- und Dampferzeugung entstehen neue Ansätze für eine flexiblere und ressourceneffizientere Prozessführung. Entsprechende Lösungen und Versorgungskonzepte werden auf der Anuga FoodTec 2027 eine wichtige Rolle spielen. Bosch Industrial Heat zeigt hierzu Lösungen für elektrifizierte Dampferzeugung, wasserstofffähige Kesselsysteme sowie hybride Versorgungskonzepte auf Basis individueller Produktions- und Lastprofile.

Retrofit statt Komplettaustausch

Parallel dazu gewinnen Retrofit- und Modernisierungskonzepte an Bedeutung. Eine Entwicklung, die sich auch auf der Anuga FoodTec 2027 widerspiegelt – beispielsweise in Form von Nachrüstlösungen für bestehende Trocknungssysteme auf Wärmepumpenbasis, wie sie Harter entwickelt. Die Kondensationstrocknung erfolgt dabei in einem geschlossenen Prozessluftkreislauf. Die Prozessluft wird entfeuchtet, wieder erwärmt und erneut in den Trocknungsprozess zurückgeführt. Durch geschlossene Luftführungskonzepte, Wärmerückgewinnung und abluftfreie Systeme lassen sich Energieverbräuche und CO₂-Emissionen deutlich reduzieren, ohne bestehende Produktionsanlagen vollständig ersetzen zu müssen. So entstehen neue Möglichkeiten zur effizienten Trocknung temperaturempfindlicher Produkte sowie zur Nutzung von Nebenströmen wie Apfeltrester.

„Die Dekarbonisierung industrieller Prozesswärme entwickelt sich zu einer technologieoffenen Transformationsaufgabe. Welche Technologien sich letztlich wirtschaftlich und technisch sinnvoll einsetzen lassen, hängt von den individuellen Produktionsprozessen, Lastprofilen und vorhandenen Infrastrukturen ab“, sagt Carola K. Herbst, stellvertretende Geschäftsführerin des Fachzentrums Landwirtschaft und Lebensmittel der DLG. Entsprechend gewinnen hybride Versorgungskonzepte an Bedeutung, die elektrische Prozesswärme, Wärmerückgewinnung, Energiespeicher und wasserstofffähige Systeme flexibel miteinander kombinieren.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Optimierung der Energieversorgung ist ein systematisches Energiemonitoring. Energieverbräuche lassen sich dadurch transparent analysieren, Lastspitzen und Leistungsverläufe gezielt auswerten. Diese Transparenz bildet die Grundlage für ein betriebliches Energiemanagement gemäß ISO 50001 sowie für regelmäßige Energieaudits.

Allerdings erfordert ein effizientes Energiemanagement eine genaue Datenerfassung und Datenanalyse. Ohne zuverlässige Messtechnik zur Überwachung der Anlagenprozesse und des Energieverbrauchs ist dies nicht möglich. Die Erfassung der Energiedaten können dabei neben Messgeräten auch kommunikationsfähige Schutz- und Schaltgeräte übernehmen. Neue Geräteklassen gehen heute noch einen Schritt weiter: Sie bringen Messwerte und Zustandsdaten aus der betrieblichen Infrastruktur ins IoT (Internet der Dinge), um sie beispielsweise in cloudbasierte Energiemanagementsysteme einzubinden. So lassen sich auch Bestandsanlagen in die digitale Überwachung und Optimierung einbeziehen.

Vernetzte Systeme reduzieren Lastspitzen

„Die digitale Transformation der Produktion verändert den Umgang mit Energie und Ressourcen grundlegend. Echtzeitdaten, intelligente Steuerungssysteme und KI-gestützte Analysen ermöglichen es Unternehmen, Energieverbräuche wesentlich präziser zu erfassen und Prozesse dynamisch zu optimieren. Damit wird Ressourceneffizienz zu einem integralen Bestandteil moderner Produktionsstrategien“, sagt Roland Thiemann, Director Anuga FoodTec. Zunehmend gewinnt auch das Demand-Side-Management an Bedeutung. Durch die gezielte Leistungsanpassung und zeitliche Verlagerung geeigneter Verbraucher lassen sich Lastspitzen reduzieren und Energieverbräuche flexibler an Energiepreise und Netzsituationen anpassen. In der Lebensmittelproduktion setzen Produktsicherheit, Temperaturvorgaben und erforderliche Prozesszeiten dabei den Rahmen.

Microgrid-Controller, Energiespeicher und cloudbasierte Monitoringplattformen ermöglichen es, Energieflüsse automatisiert zu steuern, Netzbelastungen zu reduzieren und erneuerbare Energien flexibler in industrielle Prozesse einzubinden. Thermische Speicher können dabei die Wärme- oder Kälteerzeugung zeitlich vom Verbrauch entkoppeln. Mit einer entsprechend ausgelegten Anlage und passenden Strombezugsverträgen lassen sich so günstigere Strompreisphasen nutzen, während die Produktion kontinuierlich versorgt wird.

Der nächste Entwicklungsschritt liegt im prädiktiven Energiemanagement. KI-gestützte Forecast-Modelle analysieren Produktionspläne, Lastprofile, Energiepreise und Wetterprognosen, um Energiebedarfe frühzeitig vorherzusagen und die automatisierte Steuerung von Verbrauchern zu unterstützen – ein Thema, das auch im Fachprogramm des neuen Community Hub SUSTAINABLE eine wichtige Rolle spielt. Ein weiterer Schwerpunkt liegt dort auf der Flexibilisierung industrieller Energiesysteme. Im Fokus stehen hybride Versorgungskonzepte, die Strom, Wärme, Kälte, Speichertechnologien und perspektivisch auch Wasserstoff intelligent miteinander verknüpfen.

„Diskutiert wird, wie sich Produktionsprozesse durch Energiemonitoring, digitale Steuerungssysteme und KI-gestützte Prognosen stärker an die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien anpassen lassen“, erklärt Roland Thiemann, Director der Anuga FoodTec. Damit adressiert der Hub eine zentrale Herausforderung der Energiewende: die Dekarbonisierung energieintensiver Produktionsprozesse bei gleichzeitiger Sicherung von Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit.

Sektorenkopplung gewinnt an Bedeutung

Hintergrund ist nicht zuletzt die zunehmende Einspeisung von Wind- und Solarstrom, die neue Anreize für eine flexible Energienutzung schafft. Kälteanlagen oder elektrische Prozesswärmesysteme können im Zusammenspiel mit Speichern auf Strompreise und Netzsituationen reagieren. „Obwohl volatile Energiemärkte neue Einsparpotenziale eröffnen, sind viele industrielle Produktionsprozesse bislang nur begrenzt flexibilisiert. Bestehende Anlagen wurden über Jahrzehnte auf hohe Auslastung und einen möglichst kontinuierlichen Betrieb optimiert“, erläutert Carola K. Herbst.

Für Lebensmittelhersteller lohnt sich deshalb ein genauer Blick darauf, welche Flexibilität bereits in ihrer Versorgungsinfrastruktur steckt. Forschungseinrichtungen wie das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) arbeiten an KI-gestützten Verfahren zur Vorhersage von Stromverbräuchen, Lastentwicklungen und Energiepreisen, die künftig die Grundlage für einen vorausschauenden und weitgehend autonomen Betrieb industrieller Energiesysteme bilden könnten. Entscheidend für die betriebliche Umsetzung bleibt, Energieversorgung und Produktionsanforderungen gemeinsam zu betrachten.