Fraunhofer ISE zeigt Transformationsstrategien und Systemeffekte in der Industrie auf

(11.2.2025) Deutschland strebt eine Klimaneutralität bis zum Jahr 2045 an. Um die entsprechenden Klimaschutzziele im Industriesektor zu erreichen, ist eine verstärkte Nutzung erneuerbarer Energieträger und emissionsarmer Technologien erforderlich. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE präsentiert in einer aktuellen Studie kostengünstige Transformationspfade für die Industrie und die damit verbundenen Effekte für das Energiesystem. Demnach sind die direkte Elektrifizierung von Prozessen sowie die Nutzung emissionsfreier Brennstoffe wie Wasserstoff wesentliche Faktoren für eine zukunftsfähige Industrie.

Beispielhaftes Ergebnis der kostenoptimierten Umstellung der Wärmeversorgung eines Papierherstellers – mit (Ref.) und ohne Verfügbarkeit von Wasserstoff (n.v.) (Bild: Fraunhofer ISE) 

Im Rahmen des Forschungsprojekts „IND-E” wurde in Kooperation mit den Partnern Öko-Institut, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg sowie der Hochschule Offenburg eine Analyse der Dekarbonisierung der deutschen Industrie aus unterschiedlichen Perspektiven durchgeführt. Das Projekt „IND-E” ist ein Bestandteil des Leitthemas „Klimaneutrale Industrie”, in dessen Umfang das Fraunhofer ISE Unternehmen bei der Umstellung auf eine CO₂-neutrale Energieversorgung unterstützt.

Das Projekt „IND-E” wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.

Vorgehensweise

Die Untersuchung stützt sich auf eine qualitative und quantitative Unternehmensbefragung (Akteursanalyse), welche mit einer quantitativen, modellgestützten Analyse gekoppelt wurde. Zu diesem Zweck wurden die Energie- und Stromsystem-Modelle des Fraunhofer ISE, REMod, District, PowerFlex und flexAble erweitert und angewandt. Die Weiterentwicklungen der Modelle haben zu neuen Instrumenten geführt, mit deren Hilfe Analysen hinsichtlich kostenoptimaler Transformationsstrategien, der Wirtschaftlichkeit von Investitionen sowie der Effekte auf das Stromsystem durchgeführt werden können.

Zentrale Rolle von Wärmepumpe und Wasserstoff

Gemäß den Studienergebnissen ist die (Hochtemperatur-)Wärmepumpe eine relevante Technologieoption zur Bereitstellung von Prozesswärme in Temperaturbereichen bis 200°C. Bei Temperaturen über 200°C stellt der Elektrodenkessel eine Schlüsseltechnologie dar. Der Einsatz von Wasserstoff in der Industrie wird im Bereich der stofflichen Nutzung, in der Stahlherstellung sowie bei Hochtemperaturprozessen als sinnvoll erachtet.

Unterschiedliche technische Optionen je nach Branche

Die Analyse der Stahlerzeugung ergibt, dass der Ausbau des strombasierten Recyclings von Stahlschrott sowie die Umstellung von kohlebasierten Hochöfen auf wasserstoffbasierte Direktreduktion in der Primärerzeugung von entscheidender Bedeutung sind.

Im Bereich der Grundstoffchemie steht in der stofflichen Nutzung der Wechsel von fossilen Energieträgern auf Wasserstoff im Mittelpunkt. Darüber hinaus stellt die Elektrifizierung von Steamcrackern zur Herstellung von hochwertigen Chemikalien eine bedeutende Option dar.

In der Zementindustrie hingegen wird zur Bereitstellung von Wärme der vermehrte Einsatz biogener Energieträger in Verbindung mit einer direkten Elektrifizierung in Erwägung gezogen. Zudem ist in diesem Kontext eine CO₂-Abscheidung zur Reduktion prozessbedingter Emissionen erforderlich.

In weiteren Branchen wie der Metallverarbeitung, der Papier- oder der Lebensmittelbranche sind gemäß den Analysen starke Unterschiede in den Transformationspfaden zu erwarten. Es wird davon ausgegangen, dass der Anteil der Eigenversorgung durch Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen sinken und stattdessen ein deutlich höherer Strombezug aus dem Netz zu erwarten ist.

Die Sicht der Akteure auf die Transformation

Eine Vielzahl von Unternehmen der energieintensiven Industrie strebt eine Elektrifizierung ihrer industriellen Prozesse an. Um in entsprechende Maßnahmen zu investieren, ist es essenziell, dass sie Planungssicherheit hinsichtlich der Verfügbarkeit von (kostengünstigem) Strom sowie ausreichende Netzanschlusskapazitäten haben. Dies berichten die befragten Unternehmen.

Die Entscheidung für Investitionen in Transformationsmaßnahmen wird weiterhin von politischen Rahmenbedingungen, zukünftigen Energiepreisentwicklungen sowie der Verfügbarkeit von Technologien und Energie zur Transformation und der Sicherung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit beeinflusst.

Der Abschlussbericht steht auf der Webseite des Fraunhofer ISE unter www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/ind-e zum kostenlosen Download bereit.