Die Verarbeitung von EPP (Expandiertes Polypropylen) stellt einen energieintensiven Prozess in der Kunststoffverarbeitung dar. Durch den prozessspezifischen Einsatz von Dampf, Druckluft und Kühlwasser, die oftmals keine energetische Weiternutzung nach Prozessende erfahren, also schlichtweg ungenutzt verloren gehen, sind die Gesamtkosten für das Endprodukt maßgeblich von den Energiekosten beeinflusst.

Häufig wird der benötigte Dampf für die Produktion aus aufbereitetem Frischwasser erzeugt. Somit muss über den Dampferzeuger das Wasser von Raumtemperatur auf ca. 180-190 °C Dampftemperatur erwärmt werden. Gleichzeitig fällt bei der Erzeugung von Druckluft sehr viel Abwärmepotential an, das nur teilweise oder nicht genutzt wird.

Durch den Einsatz eines Druckluftheizkraftwerkes (DHKW) mit z.B. 300 kW Wellenleistung, lassen sich 2.900 m³/h Druckluft bei 8,5 bar erzeugen und gleichzeitig 11 m³ Wasser von 30 °C auf 95 °C erwärmen. Hierfür sind 776 kWh Erdgas notwendig. Im Vergleich hierzu muss für die gleiche Druckluftmenge 325 kWh elektrischer Strom eingesetzt werden.

Zum Erwärmen der 11 m³ Speisewasser um 65 °C sind bei einem Kesselwirkungsgrad von 90 % 973 kWh Erdgas einzusetzen.

In der Tabelle 1 ist beispielhaft dargestellt, welche Energiekosten für die Bereitstellung der beschriebenen Medien anfallen. Hierbei werden die konventionelle Erzeugung von Dampf und Druckluft ohne Wärmerückgewinnung aus Kompressoren, die konventionelle Erzeugung mit Wärmerückgewinnung aus Kompressoren sowie der Einsatz eines DHKWs betrachtet.

Der thermische Wirkungsgrad eines Druckluftheizkraftwerks (DHKW) von größer 1 ergibt eine Verringerung des Erdgaseinsatzes bei direkter Erwärmung des Speisewassers gegenüber dem Dampfkessel von 25 %. Die Druckluft, teuerste Energieform der Industrie, wird zum Nebenprodukt.

 

  Kon­ven­tionelle
Erzeug­ung
Konv. Erzeug­ung mit
WRG Druck­luft­erzeug­ung
DHKW
08/2900
Betriebs­stunden / Jahr 6.500 6.500 6.500
Druck­luft [m³/h] 2.900 2.900 2.900
Strom [kW] 325 325 10
Gesamt­liefer­menge [m³/a] 18.850.000 18.850.000 18.850.000
Strom­bedarf [kWh/a] 2.112.500 2.112.500 65.000
Strom­kosten [€/kWh] 0,15 € 0,15 € 0,15 €
Gesamt­strom­kosten [€/a] 316.875 € 316.875 € 9.750 €
WRG Kom­pressor [KW]   210 876
Speise­wasser­vor­wärmung [m³/h] (30-95°C) 11 11 11
Energie­bedarf [kWh/h] 876 666 0
Kessel­wirkungs­grad 90% 90% 90%
Brenn­stoff­einsatz [kWh/h] 973 740 776
Brenn­stoff­bedarf [kWh/a] 6.326.667 4.810.000 5.044.000
Brenn­stoff­kosten [€/kWh] 0,03 0,03 0,03
Gesamt­brenn­stoff­kosten [€/a] 189.800 € 144.300 € 151.320 €
Energie­kosten [€/a] 506.675 € 461.175 € 161.070 €

Tabelle 1: Vergleich Energiekosten für Bereitstellung von Druckluft und Wärme

 

Abbildung 1: Energiekostenvergleich für Bereitstellung von Druckluft und Wärme

 

Die Balkendiagramme der Abbildung 1 verdeutlichen die Möglichkeiten, die die Technik hinsichtlich der Kosteneinsparung generiert. Gegenüber der konventionellen Bereitstellung ergibt sich eine Energiekostenreduktion von 345.000 €/a, wenn konventionelle Kompressoren mit Wärmerückgewinnung ausgestattet sind, beträgt die Einsparung immer noch 300.000 €.

Durch den Wärmepumpeneffekt, der bei der Verdichtung und späteren Expansion von Luft entsteht, sind thermische Wirkungsgrade von über 100% zu erzielen. Voraussetzung hierfür ist, dass die Kondensationswärme aus dem Brennwertwärmetauscher sowie die aus der Druckluftkühlung genutzt werden können. Durch die niedrigen Temperaturen (< 30 °C), mit denen das Frischwasser zur Verfügung steht, stellt dieser Prozess einen der idealen Anwendungsfälle dar.

Abbildung 2: Energieflussdiagramm DHKW 08/2900 (VL 30°C/RL 95°C)