Wärmepumpe unter Dampf

Takeda will weg vom Gas: Im Forschungsprojekt Ahead wird erstmals eine dampferzeugende Wärmepumpe im industriellen Betrieb integriert.

Die erdgasfreie Dampferzeugung zielt darauf ab, eine CO2-Reduktion von bis zu 90 Prozent an einem der größten Takeda-Arzneimittelproduktionsstandorte in Wien zu erreichen und dabei ausschließlich natürliche Kältemittel zu verwenden. Dieses technologische Vorzeigeprojekt soll als Praxisbeispiel für Industriebetriebe und Branchen dienen, die ihre Prozesse CO2-frei gestalten möchten. Takeda betreibt das Projekt gemeinsam mit dem Klimaschutzministerium, dem Klima- und Energiefonds und dem AIT Austrian Institute of Technology (AIT) das New Energy for Industry (Nefi)-Projekt der FTI (Forschung, Technologie und Innovation)-Initiative „Vorzeigeregion Energie“.

Zentralisierung als Grundstein

Die Innovation dieses Projektes ist die dampferzeugende Wärmepumpe, die ausschließlich mit 100 Prozent natürlichen Kältemitteln betrieben und mit Dampfverdichtern kombiniert wird, um die bisher höchsten Wärmenutzungstemperaturen zu erreichen. Das Ahead-System (Advanced Heat Pump Demonstrator) kann Temperaturen von 200-260°C erreichen. Bei Takeda werden mehr als 180°C benötigt.

Das technische Fundament des Ahead-Projekts ist eine bereits in Betrieb befindliche CO2-neutrale Energiezentrale am Takeda-Standort in Wien. Mit der Zentralisierung der Kühlung wurde auch die Möglichkeit geschaffen, diese gleichzeitig für eine Wärmerückgewinnung zu nutzen. Dabei wird die Abwärme der Kälteanlage weiterverwendet und mit einer Wärmepumpe auf 65 bis 70°C erwärmt. Diese wird bereits jetzt für das Heizungswasser des Standorts verwendet.

Hohe Temperaturen als Herausforderung

Ahead wird in Zukunft die vorhandene Wärme durch eine weitere spezielle Wärmepumpe zur Dampferzeugung nutzen. Die technische Herausforderung dabei ist, dass es aufgrund der hohen Temperaturen zu thermischen Problemen im Verdichter oder Problemen mit dem Kältemaschinenöl kommen kann. Auch sind die meisten herkömmlichen Kältemittel nicht für so hohe Temperaturen verwendbar. SPH Sustainable Process Heat GmbH hat bereits eine Wärmepumpe entwickelt, die bis zu 165°C liefern kann und auf einem Kolbenverdichter beruht. Diese Wärmepumpe wird nun für den Einsatz natürlicher Kältemittel adaptiert, um so das Heizungswasser zuerst von 65 auf etwa 130°C zu erwärmen und dabei zu verdampfen. Dieser Dampf wird auf 11 bar verdichtet und dabei auf über 184°C erhitzt, so wie es für die Arzneimittelproduktion erforderlich ist.

Ahead wird voraussichtlich Ende 2024 in Betrieb gehen und Ende 2025 soll die finale Auswertung stattfinden. Das Forschungsprojekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen der Forschungsinitiative „NEFI – New Energy for Industry“ als Teil der österreichischen Innovationsoffensive „Vorzeigeregion Energie“ durchgeführt.