Kälterückgewinnung: ungenutzte Prozessenergie nutzen

In der Welt der Wärmeübertragung ist die Wärmerückgewinnung (Heat Recovery) ein allgemein bekanntes Prinzip: die Erfassung und Wiederverwendung von Abwärme. Aber wussten Sie, dass sich auch die Kälte eines Prozesses nutzen und wiederverwenden lässt? Dies wird als Cold Recovery bezeichnet, also Kälterückgewinnung.

Was ist „Kälte“ eigentlich?

Thermodynamisch betrachtet existiert Kälte nicht als eigenständige Energieform. Sie beschreibt lediglich, dass ein Gegenstand oder Medium eine niedrige Temperatur besitzt. In der Theorie gibt es nur Wärme, denn physikalisch gesehen gibt Kälte keine „Kälte“ ab. Ein Beispiel ist ein Eiswürfel in einem Glas Wasser. Das Wasser ist wärmer als der Eiswürfel und gibt Wärme an ihn ab. Dadurch kühlt das Wasser ab und der Eiswürfel erwärmt sich.

Bei der Cold Recovery nutzen wir die verfügbare Kälte aus Prozessen, bei denen kalte Flüssigkeiten, wie zum Beispiel LNG (verflüssigtes Erdgas mit einer Temperatur von etwa −162 °C), erwärmt und verdampft werden. Wir gewinnen also nicht buchstäblich Kälte als Energie zurück, sondern machen die vorhandene Kühlleistung sinnvoll nutzbar.

Dies erfordert ein Umdenken. Beim Import oder Transport von kalten Flüssigkeiten wie LNG (−162 °C) und Ammoniak (−33 °C) wird Wärme benötigt, um diese zu erwärmen. Dies kann durch elektrische Beheizung erfolgen, aber auch mithilfe eines bereits verfügbaren Mediums wie Meerwasser oder Dampf.

Betrachtet man die Situation umgekehrt, gibt es auch Anlagen und Standorte, die gezielt gekühlt werden müssen. Das gilt insbesondere für Bereiche, in denen ein Wärmeüberschuss entsteht, beispielsweise Kühlhäuser, Rechenzentren und Wohngebäude.

Wie kann man gleichzeitig heizen und kühlen?

Vielleicht ahnen Sie bereits, worauf das hinausläuft. Wenn man einen Prozess, der Wärme benötigt, mit einem Prozess koppelt, der Kühlung benötigt, kann Wärme von einem Prozess auf den anderen übertragen werden. Auf diese Weise können wir die Verarbeitung kalter Flüssigkeiten mit Prozessen verbinden, bei denen Wärme abgeführt werden muss.

Dadurch lassen sich sowohl der Bedarf an separaten Kühlsystemen als auch der Energieverbrauch erheblich reduzieren.

Cold Recovery in der Praxis

Unser Partner Vahterus hat die Kälterückgewinnung bereits im Hafen von Barcelona umgesetzt: LNGenius: Clever Cold Energy Recovery in Spain’s Ports | Vahterus

Der Hafen verfügt über ein Betriebssystem, das die bei der Verdampfung von LNG anfallende Restkälte zurückgewinnt und über ein Kältenetz an Industrieanlagen, Bürogebäude und Wohnhäuser verteilt. Eigentlich muss man den Prozess jedoch umgekehrt betrachten: Die Wärme aus den Gebäuden wird genutzt, um das LNG zu erwärmen. Dadurch wird den Gebäuden Wärme entzogen, wodurch diese wiederum gekühlt werden.

Häfen sind für die Cold Recovery besonders interessant. Hier werden unter anderem Ammoniak und LNG angelandet und weiterverarbeitet. Gleichzeitig befinden sich in und um Häfen häufig Industrieanlagen, Logistikzentren und Gebäude mit einem Kühlbedarf. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten, Angebot und Nachfrage auf intelligente Weise miteinander zu verbinden.

Ein Blick in die Zukunft

Da sich die Erde erwärmt und die Nachfrage nach Kühlung steigt, gewinnt die Energieeffizienz zunehmend an Bedeutung. Cold Recovery bietet die Möglichkeit, vorhandene Prozessenergie besser zu nutzen und den Bedarf an separaten Kühlanlagen zu reduzieren.

Bei der Wärmeübertragung denken wir häufig an die Rückgewinnung von Wärme. Doch wenn wir auch die Kühlkapazität von Prozessen berücksichtigen, eröffnen sich neue Möglichkeiten.

Denn warum Energie zum Erwärmen einsetzen, wenn dafür die Wärme genutzt werden kann, die an anderer Stelle ohnehin abgeführt werden muss?