Der Blick über den Tellerrand lohnt sich

Letztes Jahr stand die Fragestellung, ob die „Energieeffizienz ein Wettbewerbsvorteil in der Prozessindustrie“ sei, auf dem Programm. Diese ist schnell mit ja beantwortet. Deshalb steckte hinter dem Thema des 2. Green Technologies Day natürlich eine erweiterte Frage: Wie hoch ist wirklich das gesamte Energieeinsparpotenzial? Wie lässt sich dieses mit geringstem Kostenaufwand realisieren? Und gibt es bisher noch nicht identifizierte Einsparmöglichkeiten?

Ein schneller Ansatz besteht darin, eine einzelne Komponente unter die Lupe zu nehmen und zu optimieren. Das ist für viele Betreiber sicher ein wichtiger erster Schritt, wie auch eine Studie des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI) zeigt: Demnach zählen Strömungsmaschinen wie Pumpen, Ventilatoren und Druckluftkompressoren zu den besonders energiehungrigen Komponenten einer Anlage.

Wesentlich aufwendiger ist es, eine Anlage als Ganzes zu betrachten und als System zu optimieren. Dieser Systemansatz bietet aber als Belohnung auch die größten Energieeinsparungen. Nicht zuletzt profitiert der Betreiber in vielen Fällen von stabileren Prozessen und höheren Produktqualitäten.

Professor Eberhard Schlücker, Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik an der Universität Erlangen-Nürnberg, beschäftigt sich intensiv mit Pumpen aller Art – und zeigt sich erstaunt über die Trägheit industrieller Betreiber in Sachen Energieeffizienz: „Eine große Zahl der in der Industrie eingesetzten Kreiselpumpen laufen bei Wirkungsgraden um 10 % – demgegenüber weisen oszillierende Verdrängerpumpen deutlich höhere Wirkungsgrade auf.“ Schlücker konstatiert: „Wir haben keine Energieeinsparkultur in Deutschland.“

Im Vergleich zu mehrstufigen Kreiselpumpen glänzen Prozessmembranpumpen in der Praxis oft mit einem doppelt so hohen Wirkungsgrad. Doch werde der theoretisch erreichbare Wirkungsgrad auch bei den Verdrängern insbesondere aufgrund von Reibungsverlusten nicht immer realisiert, berichtet Schlücker weiter. Für Reibverluste verantwortlich sind das Getriebe, die Kolbenpackung, die Lager, die Pantschwirkung und die Hydraulik. Als Lösung schlägt Schlücker den Einsatz effizienterer Getriebe, eine günstigere Lagereffizienz und die Wahl einer möglichst kurzen Packung mit kleiner Dichtfläche vor.

Der überwiegende Teil aller in Betrieb befindlichen Pumpensysteme ist mit Kreiselpumpen ausgerüstet. Weltweit wird dieser Anteil auf ca. 73 % geschätzt, berichtet Hans-Georg Behninger von der Evonik Degussa.

Der mit Abstand größte Anteil der geschätzten möglichen Energieeinsparungen – etwa 85 % – sei durch Optimierung der Systemauslegung und des Zusammenspiels zwischen Pumpe und System zu heben. Der verbleibende Anteil könne durch Einsatz von Komponenten mit besseren Wirkungsgraden und verbesserter Wartung abgeschöpft werden.

Sich bereits im Betrieb befindliche Systeme sollten, so Behninger, immer zuerst auf ein Zusammenspiel Pumpe/Anlage optimiert werden. Bei einem reinen Komponentenaustausch, ohne vorherigen Optimierungsschritt, laufe man Gefahr, nur einen Bruchteil der tatsächlich möglichen Energiekosteneinsparung zu realisieren.

Bei der Planung eines neuen Pumpensystems sollte das Hauptaugenmerk auf die optimale Gestaltung des Systems und den synergetischen Effekt zwischen Pumpe und Anlage gerichtet werden. Wo wirtschaftlich sinnvoll, sollten Komponenten mit guten Wirkungsgraden eingesetzt werden.

Bei der Konzeption eines Pumpensystems müssen vom Planer diverse Design-Randbedingungen berücksichtigt werden. Design-Randbedingungen der Kategorie 1 sind in der Regel durch das Verfahren bzw. durch die geplanten Aufstellungsbedingungen vorgegeben. Design-Randbedingungen der Kategorie 2 werden in der Regel unter der Federführung des Planers festgelegt. Behninger: „Diese Design-Randbedingungen sind der Schlüssel für die spätere Energieeffizienz des Pumpensystems. Insbesondere bei Systemen mit Kreiselpumpen werden hier die entscheidenden Weichen gestellt.“

Aus verfahrenstechnischer Sicht sind Pumpen äußerst wichtige Komponenten. Doch werden sie unter dem Aspekt des Energieverbrauchs häufig unterschätzt: In Chemieanlagen sind viele Pumpen mit geringer Antriebsleistung im Einsatz, deshalb wird die einzelne Pumpe weniger wichtig eingeschätzt – doch auch hier gilt: „Die Menge macht es“, wie Matthias Sauter, Leiter Forschung und Entwicklung im Hause Lewa, an einem konkreten Beispiel demonstrierte. Für ein deutsches Chemie-Großunternehmen mit schätzungsweise 37 500 Kreiselpumpen im Einsatz, berechnete er ein stolzes Einsparpotenzial von jährlich 26,73 Mio. Euro.

Sein Fazit: Kolbenmembranpumpen sind äußerst energieeffiziente Arbeitsmaschinen. Der Wirkungsgradvorteil im Vergleich zu Kreiselpumpen steigert sich bei Teillastbetrieb, hohen Drücken und kleinen Volumenströmen.

Sicherlich kann nicht jede Kreiselpumpe einfach durch eine Verdrängerpumpe ersetzt werden. Warum die chemische Industrie dennoch so beharrlich auf einen Einsatz von Kreiselpumpen beharrt? „Leider haben Verdrängerpumpen noch immer den falschen Ruf, komplizierter und aufwendiger als Kreiselpumpen zu sein“, bedauert Matthias Sauter.

Die Diskussion erbrachte als gemeinsame Erkenntnis für alle Branchen: Nachhaltige Energieeffizienz gibt es nicht zum Nulltarif. Investoren müssen die notwendigen finanziellen Mittel freigeben, damit Planer auch für Pumpen kleinerer Leistung energieeffiziente Systeme konzipieren und umsetzen können. Die derzeit vom Management vieler Unternehmen akzeptierten Amortisationszeiten von zwei bis drei Jahren sind zu kurz. Bessere ROI-Bedingungen sind gefragt. Umso eindeutiger wird: Je mehr komplette Systeme und nicht nur einzelne Aggregate optimiert werden, desto energieeffizienter arbeitet ein Unternehmen.

Eine weitere Erkenntnis: Wer energieeffiziente Anlagen und Systeme anbietet, erwirtschaftet 10 % mehr Umsatz, muss aber dafür 30 bis 40 % mehr Aufwand in die Projektarbeit investieren.

Fazit des Lewa-Geschäftsführers Technik Dr. Andreas Höhler: „Der 2. Green Technologies Day hat einmal mehr gezeigt: Ein persönliches Gespräch ist durch nichts zu ersetzen. Erst der Dialog mit Betreibern und Planern und nicht zuletzt mit der Wissenschaft bringt zutage, was praktisch notwendig und was theoretisch möglich ist. Klar geworden ist uns allen zudem: Auch in Sachen Energieeffizienz lohnt sich ein Blick über den Tellerrand.“

Online-Info: www.cav.de/0211425