Leuchtturm energieeffiziente Abwärmenutzung

Die Nutzung industrieller Abwärme zählt zu den wichtigsten Instrumenten der Energiewende. Der Konzern Aurubis, einer der weltweit größten Kupfer- und Metallproduzenten und -wiederverwerter, hat dafür ein aufsehenerregendes Projekt realisiert: Wärmetauscher übertragen Industriewärme auf Wasser, das über eine neu gebaute Fernwärmetrasse in die Hamburger HafenCity geleitet wird. Die Industriewärme stammt aus der sogenannten Kontaktanlage von Aurubis. Dort wird in einer exothermen chemischen Reaktion gasförmiges Schwefeldioxid – ein Nebenprodukt der Kupferraffination – in flüssige Schwefelsäure umgewandelt. Diese lässt sich unter anderem zur Herstellung von Düngemitteln, Farbstoffen und Arzneimitteln nutzen.

Hohe Ansprüche an Konstruktion und Material

Die Umwandlung erfolgt im Zwischenabsorber, dem „Herzstück“ der Kontaktanlage. Die Industriewärme lässt sich über Wasser nutzen, das in die Kontaktanlage geleitet und dabei selbst erhitzt wird. Für den Fernwärmetransport muss das heiße Wasser eine Ausgangstemperatur von 90 °C haben. Um diese zu erreichen, musste Aurubis einen komplett neu konstruierten Zwischenabsorber errichten, in dem die Prozesstemperatur bei der Schwefelsäureherstellung nicht wie bisher 50 °C, sondern 120 °C beträgt. Die höhere Temperatur führt aber auch zu einem exponentiellen Anstieg des Korrosionspotenzials der Säure, dem herkömmliche Werkstoffe nicht lange standhalten würden: Die hochkonzentrierte Schwefelsäure ist so aggressiv, dass sie sogar Stahlblech perforiert. Dies stellte neben dem hohen Druck und der extremen Hitze eine besonders große Herausforderung dar.

Für so ein Projekt braucht man äußerst korrosionsbeständige Werkstoffe und ein extrem leistungsfähiges Equipment“, betont Frank Lehnhoff, Key Account Manager bei Alfa Laval.

Von der Säure zur Lösung

Um die hohen Anforderungen zu erfüllen, lieferte Alfa Laval acht halbgeschweißte Plattenwärmetauscher – speziell angepasst an die anspruchsvolle Prozessumgebung. Die Plattenbleche der hochmodernen Sonderkonstruktionen bestehen aus Hastelloy D-205, einer besonders korrosionsbeständigen Nickelbasislegierung. Die Wärmetauscher bieten außerdem eine äußerst hohe Energieeffizienz, da sie konstruktionsbedingt eine Temperaturannäherung von 3 °C ermöglichen. Das Wasser ist deshalb nach dem Wärmetausch nur wenige Grad kühler als die Säure – und eignet sich so auch für den Fernwärmetransport, für den Aurubis zusammen mit enercity, dem Energieversorger der östlichen HafenCity, eigens eine über drei Kilometer lange Fernwärmetrasse baute. Malte Blombach, Pressesprecher von Aurubis, bilanziert:

Aurubis hat rund 20 Millionen Euro für den Umbau der Anlagen sowie die Verlegung der Wärmeleitung an die Werksgrenze investiert.“

20.000 Tonnen CO₂-Emissionen eingespart

Etwa ein Viertel der Abwärme nutzt Aurubis selbst für interne Prozesse auf dem Werksgelände, der Rest geht via Fernwärmetrasse in Richtung Hamburger HafenCity – insgesamt 160 Millionen Kilowattstunden. Mit der ausgekoppelten Industriewärme ließen sich theoretisch 8.000 Vier-Personen-Haushalte versorgen – praktisch geht sie auch in Büroräume, Hotels und an eine Universität.

Neben den wirtschaftlichen Vorteilen ergeben sich auch positive Effekte für die Umwelt. Blombach: „Die Industriewärme ist nahezu frei von Kohlendioxid.“ So lassen sich insgesamt 20.000 Tonnen CO₂-Emissionen pro Jahr vermeiden, davon rund die Hälfte bei Aurubis. Außerdem muss das Unternehmen kein Kühlwasser mehr aus der Elbe entnehmen. Zu den positiven ökologischen und wirtschaftlichen Effekten tragen auch die angepassten Wärmetauscher von Alfa Laval bei: Wegen ihrer Sonderwerkstoffe haben sie zwar zunächst einen höheren Preis – mittel- und langfristig sind sie jedoch kostengünstiger, da sie sich durch eine lange Lebensdauer und minimalen Wartungsbedarf auszeichnen. Die Plattenwärmetauscher von Alfa Laval benötigen außerdem nur einen Bruchteil des Platzes von herkömmlichen Rohrbündelwärmetauschern.

Das Ergebnis? Ausgezeichnet.

Die Deutsche Energie-Agentur (dena) zählt dieses Fernwärmeprojekt zu den „Leuchttürmen energieeffiziente Abwärmenutzung“ und hat Aurubis außerdem als Gewinner des Energy Efficiency Awards 2018 ausgezeichnet.