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Branchenabhängiger Energieverbrauch des verarbeitenden Gewerbes

<p>Alle Wirtschaftsbereiche zusammen verbrauchen fast drei Viertel der in Deutschland benötigten Primärenergie. Der Anteil des verarbeitenden Gewerbes am Primärenergieverbrauch aller Produktionsbereiche lag 2022 bei rund 46 Prozent. Der Energiebedarf dieses Gewerbes blieb im Zeitraum 2010 bis 2022 etwa konstant, der spezifische Energieverbrauch pro Tonne Stahl, Glas oder Chemikalien ging aber zurück.</p><p>Der Energiebedarf Deutschlands</p><p>Der gesamte Primärenergiebedarf Deutschlands betrug im Jahr 2022 nach dem Inländerkonzept rund 11.854 Petajoule (PJ). Dabei wird der Verbrauch inländischer Wirtschaftseinheiten in der übrigen Welt in die Berechnung des Gesamtverbrauchs einbezogen, während der Verbrauch gebietsfremder Einheiten im Inland unberücksichtigt bleibt. Die privaten Haushalte in Deutschland verbrauchten rund 30 % der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠. Die Wirtschaft mit ihren vielen Produktionsbereichen benötigte die übrigen 70 %. Zu diesen Bereichen zählen das Herstellen von Waren, das Versorgen mit Energie und der Warentransport. All diese Produktionsbereiche verbrauchten im Jahr 2022 zusammen mehr als 8.170 PJ Primärenergie (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch 2022 (Inländerkonzept)“).</p><p>Zur Begriffsklärung: Mit der Präposition „primär“ betonen Fachleute, dass der<a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/primaerenergiegewinnung-importe">“Primär“-Energiebedarf</a>sowohl den realen Energiebedarf bei Energieverbrauchern erfasst als auch die Energieverluste, die bei der Bereitstellung und beim Transport von Energie entstehen. Und diese Verluste sind hoch: Mehr als ein Drittel aller Primärenergie geht bei der Bereitstellung und beim Transport von Energie verloren<a href="https://www.destatis.de/GPStatistik/receive/DEMonografie_monografie_00003790">(Statistisches Bundesamt 2006)</a>.</p><p>Der Energiebedarf des verarbeitenden Gewerbes</p><p>Die Firmen, die Waren herstellen, werden als „verarbeitendes Gewerbe“ bezeichnet. Sie hatten von allen Produktionsbereichen im Jahr 2022 mit circa 3.768 PJ den größten Primärenergiebedarf. Das ist ein Anteil von rund 46 % am Energieverbrauch aller Produktionsbereiche. Der nächstgrößte Energieverbraucher war die Energieversorgung mit 1.594 PJ (oder 19,5 % Anteil am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠), gefolgt vom Verkehr mit 1.121 PJ (oder 13,7 % Anteil am Primärenergieverbrauch) (siehe Abb. „Anteil wirtschaftlicher Aktivitäten am Primärenergieverbrauch aller Produktionsbereiche 2022“).</p><p>Primärenergienutzung des verarbeitenden Gewerbes</p><p>Die Primärenergienutzung innerhalb des verarbeitenden Gewerbes verteilt sich auf verschiedene Produktionssektoren (siehe Abb. „Anteile der Sektoren am ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ des verarbeitenden Gewerbes 2022“). Ein wichtiger Sektor ist dabei die Chemieindustrie. Sie benötigte im Jahr 2022 mit rund 1.592 PJ von allen Sektoren am meisten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ zur Herstellung ihrer Erzeugnisse. Das ist ein Anteil von 42,3 % am Energieverbrauch im ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/v?tag=verarbeitenden_Gewerbe#alphabar">verarbeitenden Gewerbe</a>⁠. Weitere wichtige Energienutzer sind die Metallindustrie mit einem Anteil von 14,7 % sowie die Hersteller von Glas, Glaswaren, Keramik, verarbeiteten Steinen und Erden mit 7,3 % am Energieverbrauch im verarbeitenden Gewerbe.</p><p>Die Energie wird Unternehmen dabei als elektrischer Strom, als Wärme (etwa als Dampf oder Thermoöl) sowie direkt in Form von Brennstoffen (wie Erdgas, Kohle oder ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a>⁠) zur Verfügung gestellt.</p><p>Gleichbleibender Primärenergieverbrauch</p><p>Seit dem Jahr 2010 blieb der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergieverbrauch#alphabar">Primärenergieverbrauch</a>⁠ in fast allen Produktionssektoren relativ konstant (siehe Abb. „Primärenergieverbrauch ausgewählter Sektoren des verarbeitenden Gewerbes“).</p><p>Gesunkene und gestiegene Primärenergieintensität</p><p>Die Primärenergieintensität beschreibt, wie viel ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrenergie#alphabar">Primärenergie</a>⁠ bezogen auf die erzielte Bruttowertschöpfung eines Produktionsbereichs oder Wirtschaftszweigs verbraucht wird. Die Entwicklung dieser Energieintensität über mehrere Jahre kann einen Hinweis darauf geben, ob in einem Wirtschaftszweig energieeffizient gearbeitet wird.</p><p>Die Primärenergieintensität einzelner Wirtschaftszweige entwickelte sich im Zeitraum 2010 bis 2021 unterschiedlich (siehe Abb. „Primärenergieintensität ausgewählter Sektoren des verarbeitenden Gewerbes“):</p><p>Begrenzte Aussagekraft der Primärenergieintensität</p><p>Schwankende Preise für Rohstoffe und Produkte sowie andere äußere Wirtschaftsfaktoren oder ggf. auch die Auswirkungen der weltweiten Corona-Pandemie beeinflussen zwar die Bruttowertschöpfung, nicht aber die Energieeffizienz eines Prozesses. Die Primärenergieintensität eignet sich daher nur eingeschränkt, um die Entwicklung der Energieeffizienz in den jeweiligen Herstellungsprozessen zu beschreiben. Dies ist unter anderem deutlich bei den Kokerei- und Mineralölerzeugnissen zu sehen.</p>

Interoperabler INSPIRE View-Service: Production And Industrial Facilities / Anlagen nach Bundesimmissionsschutzgesetz in Brandenburg (WMS-PF-BIMSCHG)

Der interoprable INSPIRE-Viewdienst (WMS) Production and Industrial Facilities gibt einen Überblick über die Anlagen nach Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) in Brandenburg. Der Datenbestand beinhaltet die Punktdaten zu BImSchG-Betriebsstätten und BImSchG-Anlagen (ohne Anlagenteile). Datenquelle ist das Anlageninformationssystem "LIS-A". Gemäß der INSPIRE-Datenspezifikation "Production and Industrial Facilities" (D2.8.III.8_v3.0) liegen die Inhalte der BImSchG-Anlagen INSPIREkonform vor. Der WMS beinhaltet 2 Layer: "ProductionFacility" (Betriebsstätte) und "ProductionInstallation" (Anlage). Der ProductionFacility-Layer wird gem. INSPIRE-Vorgaben nach Wirstschaftszweigen (BImSchG-Kategorie 1. Ordnung) untergliedert in: - PF.PowerGeneration: Wärmeerzeugung, Bergbau und Energie (BImSchG-Kategorie: Nr. 1) - PF.ConstructionMaterialProduction: Steine und Erden, Glas, Keramik, Baustoffe (BImSchG-Kategorie: Nr. 2) - PF.MetalProcessingAndProduction: Stahl, Eisen und sonstige Metalle einschließlich Verarbeitung (BImSchG-Kategorie: Nr. 3) - PF.ChemicalProcessing: Chemische Erzeugnisse, Arzneimittel, Mineralölraffination und Weiterverarbeitung (BImSchG-Kategorie: Nr. 4) - PF.PlasticsManufacturing: Oberflächenbehandlung mit organischen Stoffen, Herstellung von bahnenförmigen Materialien aus Kunststoffen, sonstige Verarbeitung von Harzen und Kunststoffen (BImSchGKategorie: Nr. 5) - PF.WoodAndPaperProcessing: Holz, Zellstoff (BImSchG-Kategorie: Nr. 6) - PF.FoodAndAgriculturalProduction: Nahrungs-, Genuss- und Futtermittel, landwirtschaftliche Erzeugnisse (BImSchG-Kategorie: Nr. 7) - PF.WasteProcessing: Verwertung und Beseitigung von Abfällen und sonstigen Stoffen(BImSchGKategorie: Nr. 8) - PF.MaterialStorage: Lagerung, Be- und Entladen von Stoffen und Gemischen(BImSchG-Kategorie: Nr. 9) - PF.OtherProcessing: Sonstige Anlagen (BImSchG-Kategorie: Nr. 10) Maßstab: 1:500000; Bodenauflösung: nullm; Scanauflösung (DPI): null

Alkalische Wasserelektrolyse mit Keramik der nächsten Generation, Teilvorhaben: Simulation alkalischer anspruchsvoller Elektrolyse und Komponenten

Die Zielstellung des skizzierten Projekts im Rahmen der Technologieoffensive Wasserstoff ist es, die bestehende alkalische Elektrolyse (AEL) in die nächste Generation zu überführen. Die nächste Generation der AEL - AWEC++ - lässt sich durch 4 Punkte definieren. Dies sind 1. Stabilität bei erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen 2. Ein modernes Stack-Design, welches für hohe Leistungsklassen ( größer als 500 kW) skalierbar ist 3. Dynamik in der Wasserstoff-Produktionsleistung 4. Nachhaltige, automatisierungsfähige und skalierbare Herstellungs- und Prozessschritte Im Bereich Wasserstoff hat das Unternehmen Erfahrungen im Bereich von Brennstoffzellen und Wasserstofftanks, wobei strukturmechanische, strömungsmechanische, thermische und elektrochemische Prozesse simulativ abgebildet werden. Somit wird Merkle & Partner bei Fragestellungen wie z.B. Endplattenauslegung, Gasblasenbildung und Gleichstromverteilungen unterstützen.

Hybrid-Ofenverfahren für CO2-ärmere bzw. für CO2-freie Hochtemperaturtechnologien zur thermischen Behandlung

Hauptziel des beantragten Projektes Hybrid-Fire ist, eine neue Methode zur hybriden Beheizung von Ofenanlagen zu entwickeln die es ermöglich CO2-arm bzw. CO2-frei zu Arbeiten. Die Grundlagen hierfür soll umweltfreundlich erzeugter H2 sowie Elektroenergie darstellen. Durch Kombination eines Erdgas-Brenners, dessen Brenngas teilweise durch H2 ersetzt wird, mit einem bzw. mehreren Mikrowellenplasmabrennern soll durch gezielte Steuerung dies ermöglicht werden. Am Beispiel von ausgewählten keramischen Massenerzeugnissen aus dem Bereich Feuerfest (MgO-Stein), Technischer Keramik (ZrO2) sowie Baukeramik (Ziegel, Fließe) sowie am Beispiel Stahlschmelze aus dem Metallurgiesektor, soll gezeigt werden, dass diese zurzeit stark CO2-lastige Verfahren CO2-arm bzw. -neutral betrieben werden können. Hierzu wird an den ausgewählten Erzeugnissen (keram. Werkstoff sowie Stahl) umfangreiche Forschungsarbeit in mikrowellenplasmabeheizten Ofen, in elektrisch beheizten sowie in industriell oft gasbeheizten Öfen zur Eigenschaftsentwicklung betrieben. Im Lauf des Projektes ist geplant einen hybrid-beheizten Demonstrator zu konzipieren und für umfangreiche Versuche mit den genannten Produktgruppen zu bauen. Aufgrund der Änderungen in der Beheizungsart ist damit zu rechnen, dass geänderte Anteile an H2O-dampf bzw. H2-gehalte u.a. Abgasbestandteile die Eigenschaften beeinflussen. Hierzu können Änderungen in der Sinter- bzw. Schmelztechnologie bzw. auch am Werkstoff erforderlich werden. Im letzten Teil des Projektes sollen die gewonnenen Erkenntnisse im Industrieeinsatz (Feuerfesthersteller, Stahlgießerei) zum Einsatz unter industriellen Bedingungen kommen und erprobt werden. Am Ende des Projektes soll es möglich sein die Erkenntnisse auch auf weitere Ofenanlagen zu übertragen bzw. auch auf andere Industriezweige mit ähnlichen temperaturintensiven Technologien zu adaptieren.

Erzeugung ultrafeiner hochtemperaturfester Aerosole durch Kondensation

Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.

MINT-Cluster TRIDELTA Sensor Space - Sensor_Space

Feinstaub bei der Ultrakurzpulslaser-Materialbearbeitung

Entwicklung verschleißfester keramischer Elektroden für Elektrolyseure, Teilvorhaben: Elektrochemische Charakterisierung von keramischen Komponenten und Zellen für die alkalische Elektrolyse

Das Ziel des Projektes ist es, die Herstellung von wartungsarmen/-freien Elektrolysezellen aus keramischen Werkstoffen für den Einsatz in kleinen Elektrolyseuren mit einer Nennleistung zwischen 2 kW und 25 kW mit hoher Umweltverträglichkeit und niedrigem Preis. Dabei sollen die Elektroden jeweils eine Fläche bis circa 300 cm² aufweisen. Die Nutzung keramischer Werkstoffe anstelle von bisher üblichen Nickel-Stahlblechen als Elektroden soll spezifische Vorteile carbidischer und nitridischer Keramiken nutzen und dadurch Herstell- und Betriebskosten reduzieren. Im Rahmen des Projektes soll die Entwicklung aus der Konzeptphase (TRL 3) in ein Bauteilmuster (TRL 5) überführt werden.

Entwicklung verschleißfester keramischer Elektroden für Elektrolyseure, Teilvorhaben: Entwicklung eines Test- und Prüfstandes für keramische Elektrolysestacks

Das Ziel des Projektes ist die Herstellung von wartungsarmen/-freien Elektrolysezellen aus keramischen Werkstoffen für den Einsatz in kleinen Elektrolyseuren mit einer Nennleistung zwischen 2 kW und 25 kW mit hoher Umweltverträglichkeit und niedrigem Preis. Dabei sollen die Elektroden jeweils eine Fläche bis circa 300 cm² aufweisen. Durch Verwendung keramischer Werkstoffe anstelle von bisher üblichen Nickel-Stahlblechen als Elektroden sollen die spezifischen Vorteile carbidischer und nitridischer Keramiken genutzt und dadurch Herstell- und Betriebskosten reduziert werden. Im Rahmen des Projektes soll die Entwicklung aus der Konzeptphase (TRL 3) in ein Bauteilmuster (TRL 5) überführt werden.

Entwicklung verschleißfester keramischer Elektroden für Elektrolyseure, Teilvorhaben: Nachweis der Stackfunktion

Das Ziel des Projektes ist die Herstellung von wartungsarmen/-freien Elektrolysezellen aus keramischen Werkstoffen für den Einsatz in kleinen Elektrolyseuren mit einer Nenn-leistung zwischen 2 kW und 25 kW mit hoher Umweltverträglichkeit und niedrigem Preis. Dabei sollen die Elektroden jeweils eine Fläche bis circa 300 cm² aufweisen. Durch Verwendung keramischer Werkstoffe anstelle von bisher üblichen Nickel-Stahlblechen als Elektroden sollen die spezifischen Vorteile carbidischer und nitridischer Keramiken genutzt und dadurch Herstell- und Betriebskosten reduziert werden. Im Rahmen des Projektes soll die Entwicklung aus der Konzeptphase (TRL 3) in ein Bauteilmuster (TRL 5) überführt werden.

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