Energieeffizienz verbessern: Klimaziele, erneuerbare Energien und wie Technik unterstützen kann

Energieeffizienz verbessern, Klimakrise, 1,5-Grad-Ziel und erneuerbare Energien – Schlagworte, die bereits seit Jahrzehnten immer lauter in den Wissenschaften widerhallen und mittlerweile auch aus der Tagespresse nicht mehr wegzudenken sind. Insbesondere sollen alternative Antriebskonzepte in den Sektoren Energie, Industrie und dem öffentlichen Personennah- sowie dem Individualverkehr die erhoffte Wende bringen. Doch die Rechnung ist meist ohne den Endkunden beziehungsweise Energieabnehmer gemacht: Hier überwiegen häufig die Bedenken vor dem Neuen, wie so oft, wenn ein Produkt noch nicht etabliert, die Infrastruktur noch nicht durchgängig gebaut und die gestreuten Informationen noch fehlerhaft oder unvollständig sind.

Zusammenhang von Okönomie, Psychologie und Technik

Fragen an der Schnittstelle Ökonomie, Psychologie und Technik entstehen beispielsweise häufig zur Reichweite eines E-Autos, den Systemkosten von Brennstoffzellen oder der Sinnhaftigkeit der Erzeugung alternativer Energie aus fossilen Brennstoffen, beispielsweise in Form von „grauem Wasserstoff“. Fakt ist: Etwa Dreiviertel der Mensch-gemachten Treibhausgase ist Kohlenstoffdioxid, das wir durch Verbrennung von vorwiegend Holz, Kohle, Öl oder Gas freisetzen. Durch die Summe solcher Treibhausgase erwärmt sich die Erde, wenn sie sich, wie aktuell vermehrt, in der Atmosphäre ansammeln. Die Folgen der Erderwärmung zeigen sich bereits in häufigen und schwerwiegenden Klimakatastrophen: Im Sudan waren im Jahr 2020 laut Wikipedia bei einer der schwersten Flutkatastrophen des Landes zwischen Anfang August und dem 6. Oktober mehr als 875.000 Menschen betroffen, von denen mindestens 155 Menschen starben. Im brasilianischen Bundesstaat Amazonas gab es allein im August 2020 7.766 Feuer.

Aber nicht nur solche schnellen Ereignisse sind künftig häufiger zu erwarten, auch eine langsame, aber stetige, jedoch heftige Entwicklung dürfte zunehmend unser Leben beeinflussen: Bereits warme Regionen werden schleichend noch wärmer und damit absehbar unbewohnbar. Die Folge werden massive Flüchtlingsströme sein, hin in kältere Gebiete wie zum Beispiel Europa. In den noch bewohnbaren Regionen werden sich die Menschen ballen. Damit verbunden könnte sein, dass dort verfügbarer Wohnraum knapp wird und/oder schließlich die medizinische Versorgung sowie Arbeits- und Rentensysteme überlastet werden.

Energieeffizienz verbessern: Mit Willen und Zeit zum Ziel

Doch wie diese plötzlichen oder schleichenden Krisen vermeiden? Solange keine adäquate Technik zur Reduzierung der sich in der Atmosphäre befindlichen Gase existiert, kann dies nur über die starke Verringerung der Treibhausgasemissionen erfolgen. Zudem gilt es, das Klimaziel nicht partiell, sondern möglichst weltweit mit technischen und regulatorischen Mitteln zu verfolgen.

Deutschland nimmt dabei eine Sonderposition ein, da es als technik- und wirtschaftsgetriebenes Land am ehesten in der Lage sein dürfte, Technologien für den nötigen Wandel bereitzustellen. Trotzdem ist der pro-Kopf-Ausstoß an CO2 in Deutschland laut Statista mit 8,4 Tonnen (2018) aktuell noch sehr hoch. Deutschland und andere Hochtechnologie-Länder sind also nicht nur eine mögliche Lösung, sondern gleichermaßen Teil des Problems. Das sollte auch für deutsche Unternehmen Ansporn sein, Produktivitäts- und Nachhaltigkeits-Ziele ins Gleichgewicht zu bringen, um ihrer Vorreiter-Rolle auch künftig gerecht zu werden.

Positiv: Bereits heute besteht die in Deutschland erzeugte Energie mit 47,1 Prozent fast zur Hälfte aus erneuerbaren Quellen, allen voran Windkraft. Deutschland exportiert seit 2002 mehr Energie als es Importiert. Das Problem ist also nicht die Verfügbarkeit, sondern der Einsatzzweck erneuerbarer Energien. Die Industrie ist vielerorts immer noch auf fossile Rohstoffe wie Erdgas angewiesen, da ein Betrieb mit regenerativen Quellen, etwa grünem Wasserstoff, technisch zwar machbar wäre, jedoch noch nicht umgesetzt ist. Denn große Veränderungen im langlebigen Energiesektor brauchen neben bloßen Willen eben besonders eines: viel Zeit.

Um in dieser Phase des Wandels, den Treibhausgasausstoß so gering wie möglich zu halten ohne die Wirtschaft einzuschränken, sind weitreichende Kontrollmechanismen auf politischer, aber auch auf technischer Ebene sinnvoll. Genau hier kann auch Sensorik und Steuerungstechnik helfen, wie zwei Beispiele zeigen.

Turbinenkraftwerke effizient betreiben

Turbinenkraftwerke generieren Energie, indem ein Brennstoff Hitze erzeugt und damit Dampf produziert, der wiederum eine Turbine antreibt, die mit einem Generator gekoppelt ist. Dieser dreht sich und erzeugt Wechselstrom. Die Hitze abgebenden Stoffe sind oft Kohle und seltener reagierendes Uran. Um diese Prozesse kontrollieren zu können, werden zur Erfassung von Stellungen in Hochdruck-Dampf-Bypass- und Wassereinspritzventilen an den Dampfturbinen induktive Wegaufnehmer eingesetzt.

Die analogen Komponenten erfassen kontinuierlich die Ventilstellung zwischen 0 und 100 Prozent und liefern dabei ein Ausgangssignal von 4 bis 20 Milliampere. Um die mechanischen Toleranzen der Ventile auszugleichen, können Anfangs- und Endwert der Wegaufnehmer eingestellt werden. Mithilfe solch robuster Sensorik kann der Brennstoff zumindest ohne große Verluste Energie erzeugen und wird in seinem Rahmen effizient ausgenutzt. Ein Betrieb ohne eine solche Regelung hätte hingegen zur Folge, dass mehr Material verbrannt würde, als nötig gewesen wäre.

Energiesparen ohne Verzicht?

Auch am anderen Ende der Lieferkette, der Energie-abnehmenden Seite, können Optimierungen durch Sensorik helfen, Treibhausgase einzusparen. Denn zumindest in der Theorie muss dann weniger Energie produziert werden. Beispielsweise lassen sich Taktbänder optimieren, auf denen etwa die Batteriezellen für ein E-Auto zu einem vollständigen Akku verlötet werden und so die Energieeffizienz verbessern. Um Ausschuss zu vermeiden und damit unter anderem die in die Zwischenprodukte gesteckte Energie nicht zu verschwenden, ließe sich möglicherweise die Genauigkeit des Taktbandes selbst erhöhen, so dass alle Zellen korrekt positioniert werden. Jedoch ist dies teils nicht realisierbar und zudem wäre es sehr aufwendig.

Sensoren in Form von induktiven Spaltaufnehmern können die Genauigkeit gewährleisten ohne das Transportband selbst zu verändern – dabei handelt es sich um eine Spezialentwicklung: An einer durch einen Schlitz laufenden Messfahne erkennen die Sensoren exakt die Position des Bandes. Der Lötautomat bekommt dadurch für die relative Position zum Objekt ein Korrektursignal und führt die Arbeit nun punktgenau aus. Der Prozess läuft robuster und damit so effizient, wie mit der aktuellen Hardware möglich ist. Auch Fabriken, die nicht für solche Bestückungen ausgelegt waren, können mit dieser Technik relativ einfach umgerüstet werden. Sinnvoller Retrofit hilft also ebenfalls, Energie für die Produktion neuer Anlagen einzusparen.

Energieeffizienz verbessern: Fazit

Wenn wir in Zukunft alle Energie aus erneuerbaren Quellen beziehen können, sollten im Ideal viele Lösungen wie die hier beschriebenen Beispiele als optimierte Energiespar- und Effizienz-Technik vorliegen, sodass die dann eventuell teurere alternative Energie kein Problem darstellen sollte. Denn die Verbräuche für Produktionsprozesse werden dadurch deutlich verringert sein und man könnte die Energieeffizienz verbessern, ohne die Funktion dieser Prozesse zu beschneiden. Ihren Teil zu dieser Entwicklung möchte auch die seit 1999 agierende a.b.jödden gmbh mit ihren Induktiven Wegaufnehmern sowie Neigungs- und Beschleunigungssensoren beitragen. Das Repertoire an Messeinrichtungen reicht von Sensoren für Temperatur und Durchfluss bis hin zur Peripherie aus Anzeigen und Dataloggern.

Um die Energiewende zu schaffen, sind noch große technische und ökonomische Kraftanstrengungen und dafür eine ausreichende Zeitspanne zu erwarten. Aber diese Anstrengungen werden sich am Ende mehrfach auszahlen – beispielsweise durch die gesteigerte Effizienz auf Erzeuger- und Abnehmerseite. Und eines ist klar: Eine echte Alternative zu alternativen Energiequellen gibt es nicht mehr.

Der Autor Wirt.-Ing. Michael Heßhaus (B.Sc.) ist Vertriebsmitarbeiter bei der a.b.jödden GmbH.

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