Technologie

Wärme und Kälte bereitstellen

16.09.2022 - Die Hochtemperatur-Wärmepumpe CoBra nimmt ihren Betrieb auf.

Das DLR-Institut für CO2-arme Industrie­prozesse in Cottbus (Brandenburg) arbeitet an Technologien und Lösungen für ein Energie­system der Zukunft, das nachhaltig ist und in dem Industrie­betriebe ohne fossile Brennstoffe für ihre Produktion auskommen. Die Versuchs­anlage CoBra liefert einen bedeutenden Beitrag zur Wärmewende in der Industrie: „Wir können bisher weltweit einmalige Werte beim Temperaturhub und der Wärme­abgabe-Temperatur von 300 Grad Celsius bei einer Wärme­leistung von etwa 200 Kilowatt erzielen“, sagt Instituts­leiter Uwe Riedel.

 

In Zukunft soll es noch weit darüber hinausgehen: „Die DLR-Wärmepumpen werden einen Temperatur­bereich erreichen, für den es bisher keine technische Realisierung gibt. Diese Temperaturen sind erforderlich für einen CO2-armen Umbau der entsprechenden Industrieprozesse.“ Der Name CoBra ist eine Kombination aus „Cottbus“ und dem „Brayton-Prozess" der Thermodynamik, auf dem die Anlage beruht.

Das DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse wird seit Juli 2019 am Standort Cottbus neu aufgebaut. In enger Partnerschaft mit der regionalen Industrie und Wissenschaft entwickeln die Mitarbeiter Technologien für kohlenstoff­arme Prozesse. Mit Forschungsimpulsen und Innovationen zählt das DLR-Institut zu den wichtigsten Akteuren beim Strukturwandel in der Lausitz-Region. „Bei all den Problemen unserer Zeit ist es schön zu sehen, dass wir als DLR mit Transfer aus der Forschung in die Industrie zu Lösungen beitragen. CoBra hat das Potenzial, massive CO2-Reduktionen zu ermöglichen. Gleichzeitig schaffen wir in der Region Arbeitsplätze und erhalten Arbeitsplätze am Wirtschafts­standort Deutschland, indem wir die Produktion von energie­intensiven Industrie­zweigen durch Innovation wettbewerbsfähig halten“, sagt Karsten Lemmer, DLR-Vorstand für Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen.

Ein Großteil der Industrien braucht Prozesswärme zwischen 100 und 500 Grad Celsius. Das gilt zum Beispiel für die Ernährungs­industrie, die Papierindustrie und die chemische Industrie. Verwendet man regenerativ erzeugten Strom, sind Hoch­temperatur-Wärmepumpen klimaneutral. Gleichzeitig können Industriebetriebe mit Hochtemperatur-Wärmepumpen Energie sparen.

Die CoBra-Pilotanlage wurde innerhalb von zwei Jahren aufgebaut; finanziert mit Mitteln des Landes Brandenburg. Für die Vorbereitungen und den Bau der Anlage hat das DLR vorrangig Betriebe aus der Region ausgewählt. Langfristig wird eine weitere größere Versuchs­anlage CoBra entwickelt und gebaut, mit der noch höhere Temperaturen und eine höhere Wärmeleistung möglich sind. Die CoBra-Pilotanlange verwendet aktuell Luft als Arbeitsmedium. Sie kann aber auch mit dem Gas Argon arbeiten. Die Frage, wie der Prototyp skaliert werden muss, damit er sich für möglichst viele Industrie­zweige eignet, steht ebenfalls im Zentrum der Forschung.

Das DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse in Cottbus und Zittau
Neben Cottbus hat das DLR-Institut für CO2-arme Industrie­prozesse einen zweiten Standort in Zittau (Sachsen). Auch dort wird an Hochtemperatur-Wärmepumpen geforscht. Die Pilot­anlage ZiRa (der Name ist eine Kombination aus „Zittau“ und „Rankine-Prozess“) ist im Aufbau. Sie arbeitet nicht wie die Anlage CoBra mit Luft, sondern mit Wasser.

In der Abteilung Simulation und virtuelles Design in Cottbus entwickeln die Forscher digitale Zwillinge von realen Anlagen. Sie liefern Erkenntnisse darüber, wie regenerative Energie­quellen fossile Brennstoffe ersetzen können und wie Industrie­prozesse mit anderen Sektoren effizient gekoppelt werden. Dazu müssen Sonnen- und Windenergie, Kraftwerke, Speicher­systeme, Wohn- und öffentliche Gebäude sowie Industrieanlagen miteinander vernetzt werden. Außerdem unterstützt die Abteilung die Entwicklungen zu Hochtemperatur-Wärmepumpen.

Die Abteilung Kohlenstoffarme Reduktionsmittel in Zittau untersucht, wie chemische Prozesse umgestellt werden können, um CO2-Emissionen zu vermeiden. Hier spielen zum Beispiel die Nutzung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff und andere kohlenstofffreie Energieträger eine Rolle.

DLR / DE

 

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