Energiesparen in Industrie und Gewerbe

Die Ausgangslage: Mehr Energieeffizienz und Energieeinsparung nötig

Industrie und Gewerbe, Handel, Dienstleistungen (GHD) haben ihren Endenergieverbrauch (EEV) insbesondere in den letzten Jahren nicht substanziell gemindert, wie die aktuellen Auswertungen zu Energieverbrauch und Energieeffizienz des UBA zeigen. Deutschland ist beim EEV insgesamt nicht auf Zielpfad. Zudem besteht der Endenergiemix nach wie vor zu einem großen Teil aus fossilen Brennstoffen: Im Industriesektor zu über 50 Prozent, im GHD-Sektor zu rund 45 Prozent.

Endenergiemix der Industrie

Quelle: Umweltbundesamt

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Endenergiemix des Sektors Gewerbe, Handel, Dienstleistungen

Quelle: Umweltbundesamt

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Die Industrie verwendet etwa drei Viertel des EEV, um Wärme zu erzeugen (Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme), der GHD-Sektor immer noch rund 56 Prozent. In den Sektoren warten noch etliche Energieeffizienz-Potenziale darauf, gehoben zu werden. Dabei bietet die „Effizienzwende“ etliche Vorteile. Denn alleine Wärme mit Strom (elektrisch) zu erzeugen, spart aufgrund des höheren Wirkungsgrads substanziell Energie ein. Energieeinspar- und Energieeffizienzmaßnahmen helfen, den hohen fossilen Energieträgeranteil zu mindern. Sie tragen damit auch dazu bei, die Sektorziele des Bundes-Klimaschutzgesetzes (KSG) zu erreichen, verringern die Importabhängigkeit und die Verletzlichkeit durch Energiepreissprünge und machen Industrie und GHD zukunftsfit. Darüber hinaus sichern „grüne“ Techniken wie solche zum Verbessern der Energieeffizienz Arbeitsplätze, wie der Greentech-Atlas der Bundesregierung erneut unterstrichen hat.

Das Ziel: Ressourcenschonende und treibhausgasneutrale Industrie

Wie die anderen Sektoren auch müssen sowohl GHD- als auch Industrie-Sektor ihren Beitrag zu den Energieeffizienz-Zielen leisten. Da die Ziele des Energieeffizienzgesetzes (EnEfG) nicht sektoral ausdifferenziert sind, sind diese proportional auf die Sektoren zu verteilen. Neben der Zielvorgabe des § 4 EnEfG sind Industrie und GHD unter anderem bei der Abwärme, beim Energieverbrauch von Rechenzentren oder dem Einsatz von Energiemanagementsystemen explizit adressiert. Da die Investitionszyklen und Umsetzungszeiten vom Plan bis zum erfolgreichen Wirken von Energieeffizienz-Maßnahmen oft lange dauern, müssen Unternehmen mit Blick auf das nahe Zieljahr 2030 schnell Energieeffizienz-Maßnahmen anstoßen. Das UBA-Positionspapier zum nationalen Klimaschutz fasst wichtige Maßnahmen und Politikinstrumente mit Blick auf 2030 und 2040 zusammen. Die UBA-Klimaneutralitätsszenarien geben fundierten Ausblick auf die langfristigen Transformationspfade für die Sektoren.

Zentrale Energieeffizienzmaßnahmen bei GHD und Industrie

Grundsätzlich gilt: Energieeffizientere Techniken wie hocheffiziente Motoren oder Pumpen im großen Maßstab (Energieeffizienz), „Fuel-Switch“ von fossilen Energieträgern zu strombasierten Anwendungen (Elektrifizierung), und ein flexiblerer Einsatz der Produktion (Flexibilisierung) sind die zentralen Kernmaßnahmen in Industrie und GHD zum Verringern des Energieverbrauch, für Dekarbonisierung und Klimaschutz, und für die bessere Integration von erneuerbaren Energien mittels Sektorenkopplung.

Energie- und Umweltmanagementsysteme (EMS / UMS)
Schon 2009 hat die Norm DIN EN 16001 EU-weit einheitliche Kriterien für strukturierte Energiemanagementsysteme aufgestellt. Sie wurde von der internationalen Norm DIN EN ISO 50001 abgelöst. Mit dieser Norm können Unternehmen und Organisationen ihre Energieeffizienz verbessern und Energieeinsparpotenziale erkennen. Der Leitfaden des Umweltbundesamtes und des Bundesumweltministeriums zeigt übersichtlich und praxisorientiert, wie es geht und dass es sich sowohl in ökologischer als auch ökonomischer Hinsicht lohnt. Das seit Dezember 2023 geltende Energieeffizienzgesetz (EnEfG) verpflichtet bestimmte Unternehmen, ein Energiemanagement- oder Umweltmanagementsystem einzuführen, Audits durchzuführen und für als wirtschaftlich identifizierte Effizienzmaßnahmen konkrete Umsetzungspläne zu entwickeln und diese zu veröffentlichen.

Europäische Mindeststandards (Ökodesign)
Die europäischen Mindeststandards im Rahmen der Ökodesign-Verordnung betreffen auch im industriellen Bereich einige Produktgruppen. EU-Verordnungen machen für Elektromotoren, Kältetechnik, Kompressoren, Ventilatoren und andere Produkte Vorgaben hinsichtlich der Effizienz, der zu verwendenden Materialen, der Reparierbarkeit und des Recyclings. Die Vorgaben müssen beim Inverkehrbringen innerhalb der EU verpflichtend eingehalten werden.

Effizienzsprung bei Elektromotoren
Seit dem 16. Juni 2011 dürfen ausschließlich hocheffiziente Asynchron-Drehstrommotoren in Verkehr gebracht werden. Das regelt seitdem die Ökodesign-Verordnung (EU) Nr. 2019/1781. Diese Maßnahme vermied allein in Deutschland bis zum Jahr 2020 rechnerisch 27 Milliarden Kilowattstunden Strom und damit rund 16 Millionen Tonnen CO2-Emissionen. Durch die Substitution älterer, ineffizienter Antriebe könnten auch Bestandsmaschinen zu effizienten Geräten umgerüstet werden.
Für Wasserpumpen regelt die Ökodesign-Verordnung (EU) Nr. 547/2012) die Effizienzanforderungen. Für Kompressoren wird derzeit eine Ökodesign-Verordnung erarbeitet.

Enormes Einsparpotential bei gewerblicher Kältetechnik
Durch Anforderungen der Verordnung (EU) 2015/1095 hat sich die Effizienz gewerblicher Kälte-Anlagen in den letzten Jahren kontinuierlich verbessert. Die EU-Kommission schätzt: „Der jährliche Stromverbrauch in der EU, der auf Verflüssigungssätze, Prozesskühler und gewerbliche Kühllagerschränke zurückzuführen ist, betrug 2012 schätzungsweise 116,5 TWh (Terawattstunden). Wenn keine gezielten Maßnahmen ergriffen werden, wird der jährliche Energieverbrauch 2030 voraussichtlich 154,5 TWh betragen.“ Die Mindest-Energieeffizienz-Standards werden bis 2030 also voraussichtlich jährlich 15,6 TWh Strom gegenüber dem Szenario ohne Maßnahmen einsparen. Reversible Kältemaschinen, Wärmerückgewinnung oder die sogenannte „freie Kühlung“ sind bereits im Markt verbreitet und werden zukünftig noch mehr an Bedeutung gewinnen.

Prozesswärme: Elektrifizierung der Wärme notwendig
Wenn das Erzeugen von Wärme auf elektrischen Strom umgestellt wird, sind zwei Faktoren besonders wichtig. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und eine auf das Temperaturniveau und den Prozess abgestimmte Technik. Die nachfolgende Abbildung zeigt wirtschaftliche Potentiale in Abhängigkeit vom Temperaturbereich.

Aufteilung des Endenergiebedarfs von Prozesswärme je Temperaturbereich

Quelle: Umweltbundesamt

Wärmepumpen können in der Industrie viele klassische Verbrennungsanlagen ersetzen. Dies betrifft den Temperaturbereich bis 200 °C. So können Wärmepumpen auch Wasserdampf erzeugen. Ob Trocknungsvorgänge im Lackierprozess oder Prozesse in der Chemie-, Lebensmittel- oder Textilindustrie: Viele Verfahren können somit energiesparender und umweltfreundlicher umgestaltet werden.

Das von der LEA Hessen und dem Fraunhofer IEG-Institut erstellte Informationsportal für Großwärmepumpen listet eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme und Hersteller auf und zeigt die enorme Vielseitigkeit der Wärmepumpen-Technik. Ein dena-Factsheet zu Industrie-Wärmepumpen fasst wichtige Erkenntnisse zu Einsatzmöglichkeiten oder Wirtschaftlichkeit zusammen.

Die nachfolgende Abbildung einer Studie von Agora Industrie zeigt den Endenergieverbrauch für industrielle Prozesswärme nach Temperaturniveau und Branche.

Endenergieverbrauch zur Erzeugung industrieller Prozesswärme nach Temperaturniveau

Quelle: Fraunhofer ISI

Im Temperaturbereich oberhalb von 200°C können andere elektrische Wärmetechniken verwendet werden, wie die nachfolgende Abbildung einer Studie des Fraunhofer ISI im Auftrag von Agora Industrie zusammenfasst.

Potenzielle Entwicklung der elektrischen Wärmetechnologien bis 20235 sowie industrielle Anwendungen

Quelle: Fraunhofer ISI

Nutzung von Prozessabwärme
Prozessabwärme fällt in vielen Industrieprozessen an. Im ersten Schritt gilt es, Abwärme wo möglich zu vermeiden. Unvermeidbare Abwärme sollte genutzt werden, um Primärenergie einzusparen und die Energieeffizienz zu steigern. Die Abwärme kann direkt zum Heizen von Gebäuden, für Warmwasser oder in Kombination mit Wärmenetzen genutzt werden. Auch lässt sich Abwärme gut mit Wärmepumpen kombinieren, da das Temperaturniveau bereits erhöht ist und oft nur ein geringer Temperaturhub erforderlich wird.

Abwärmenutzung in Wärmenetzen
Wenn industrielle Abwärme gezielt abgeführt wird, kann diese für Prozesse mit geringeren Temperaturanforderungen genutzt werden, beispielsweise in nahegelegenen Haushalten für Heizzwecke. Aktuell sind die Regeln für kommunale Wärmeleitungen oder -netze nicht immer eindeutig oder mit Auflagen verbunden. So kommt es zwischen kommunalen Wärmeversorgern und Industrieunternehmen bisweilen zu vertraglichen Hemmnissen - Projekte werden dadurch noch zu oft verzögert oder nicht umgesetzt.

Klima- und Lüftungsanlagen
Viele Klima- und Lüftungsanlagen sind versteckte Energiefresser, die in Büros, öffentlichen Gebäuden und Unternehmen bis zu 50 Prozent der Energiekosten ausmachen. Denn oft sind sie nicht optimal eingestellt, enthalten veraltete Komponenten oder sind überdimensioniert. Alle Anlagen lassen sich optimieren. Das haben Erfahrungen in der Praxis gezeigt. Den Betrieb zu optimieren und ineffiziente Bauteile zu ersetzen, spart oft mit geringem Aufwand viel Energie ein. Gleichzeitig verbessert sich das Raumklima und der Komfort steigt. Klimageräte (Single-/Multisplit) können auch Räume beheizen, was Heizkessel ersetzt, fossile Primärenergie einspart und mehr erneuerbarer Energien einbindet.

So gehen Sie als Eigentümer oder Betreiber einer Klima- und Lüftungsanlage vor:

Das Infoblatt "Die Luft ist rein - Effiziente Klima- und Lüftungsanlagen helfen Energie sparen" zeigt an konkreten Beispielen, welche Maßnahmen die Energiekosten senken und welche Förderangebote dafür in Frage kommen.
Schneller Einstieg: „QuickChecks“ (für Klimaanlagen: „QuickCheck Klima“; für Lüftungsanlagen: „QuickCheck Lüftung“) geben Ihnen Hinweise auf Einsparpotenziale, und Sie erfahren, ob Handlungsbedarf für Ihre Anlage besteht. Sie brauchen dafür kein besonderes Fachwissen, sondern nur einfache Angaben zu Ihrer Anlage.
Detaillierte Untersuchung: Eine energetische Inspektion nach DIN SPEC 15240 untersucht die Verbesserungsmöglichkeiten Ihrer Anlage. Der frei verfügbare „Effizienzrechner Klima-Lüftung“ bereitet die Ergebnisse der Inspektion grafisch als Energieverbrauchskennzeichnung auf und gibt weitergehende Empfehlungen. Fachleute für die Inspektion finden Sie beim FGK.

Energieeinspar-Potenziale in Industrie und Gewerbe

Energieeffizienz-Potenziale
Zahlreiche Untersuchungen belegen wiederholt vorhandene Potenziale für Energieeffizienz-Maßnahmen in Industrie und GHD-Sektor. Dies gilt sowohl für Querschnittstechniken wie hocheffizienten Motoren, Ventilatoren, Pumpen oder Kompressoren sowie dem zunehmenden Anteil von IT-Anwendungen. So lassen sich aus Klimaneutralitätsszenarien wie CARE Potenziale ableiten. Auch aus dem Klimaschutz-Instrumente-Szenario 2030 des UBA lassen sich Potenziale bestimmter Maßnahmen ableiten. Übergreifend betrachtet die Grundsatzstudie Energieeffizienz im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums explizit Energieeffizienz-Potenziale für verschiedene Sektoren.

Daneben finden sich auch Potenzialanalysen für einzelne Maßnahmenfelder, beispielsweise zu Energieeinspar-Potenzialen in der Fluid-Technik oder zu Prozesswärme-Potenzialen in der Industrie. Klar ist: Das Umsetzen von Energieeffizienzmaßnahmen scheitert nicht an zu geringen Potenzialen. Gleichwohl verhindern Hemmnisse wie zu kurz gewählte Amortisationszeiten oder die Tatsache, dass Energieeffizienzmaßnahmen jenseits des Kerngeschäfts liegen, viel zu oft eine flächendeckende Umsetzung.

Energieeinsparpotenziale durch ⁠“Suffizienz“⁠-Maßnahmen im Gewerbe
Nicht nur in Privathaushalten, auch in Gewerbe und Industrie bietet die sogenannte „Suffizienz-Strategie“ Potenziale zum Energiesparen. Ein UBA-Forschungsbericht untersucht neben Maßnahmen in Privathaushalten auch Suffizienz-Maßnahmen zur Stromeinsparung in Unternehmen. Für diesen Sektor wurden realisierte und geplante Suffizienz-Maßnahmen sowie Hemmnisse, Umsetzungsstrategien und politische Instrumente reflektiert. Dabei konnten Suffizienz-Maßnahmen wie Mitarbeitenden-Trainings oder Anreize für sparsames Verhalten identifiziert werden, die mit geringen Investitionskosten und kurzen Amortisationszeiten hohe Energieeinsparungen erbringen.

Ein weiterer Forschungsbericht des UBA hat untersucht, wie Facilitymanagement im GHD-Sektor, u.a. Krankenhäuser, Bildungsreinrichtungen und Hotels Energie einsparen kann. Dabei kam unter anderem heraus, dass viel zu wenig Kapazitäten und Augenmerk in den menschlichen Faktor des Gebäudebetriebs fließen, vor allem auch auf übergeordneter Ebene der Gebäudesteuerung oder Gebäudeautomatisation.

Politikinstrumente für mehr Energieeffizienz

Energieeffizienz-Maßnahmen lohnen sich oftmals sowohl aus betriebswirtschaftlicher Perspektive, als auch gesamtwirtschaftlich wegen ihrer vielen Vorteile für Klimaschutz, Versorgungssicherheit oder für die zukunftsfähige Industrietransformation. Entsprechend sollte die Politik versuchen, die bestehenden Hemmnisse aufzulösen. Dabei können und sollten ökonomische, informatorische und regulative Instrumente (Ordnungsrecht) verwendet werden.

Das übergreifende Energieeffizienzgesetz, das im Dezember 2023 in Kraft trat, enthält als Rahmengesetz zahlreiche unterschiedliche Regeln auch für Unternehmen im GHD- und Industrie-Sektor. Indem es sowohl ein übergeordnetes Einsparziel verbindlich vorgibt, als auch konkrete Vorgaben für die einzelnen Sektoren wie etwa das Nutzen von Abwärme macht, kann es helfen, der „Effizienzwende“ mehr Schwung zu geben.

Unter informatorische Instrumente fallen beispielsweise Informationskampagnen wie die der Bundesregierung „Energiewechsel“ oder die Initiative Energieeffizienznetzwerke, bei der Unternehmen besser voneinander lernen können, wie Effizienz-Maßnahmen praktisch umgesetzt werden.

Unter ökonomische und fiskalische Instrumente fällt beispielsweise die Art, wie Entgelte (z.B. Netzentgelte) oder Ausnahmeregelungen wie die Stromsteuer- oder Energiesteuer-Erleichterung ausgestaltet werden. Den Einfluss von Energiepreisen und Preisbestandteilen für den Klimaschutz untersuchen verschiedene UBA-Studien.
Auch Förderinstrumente wie die Förderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft oder die Bundesförderung Industrie- und Klimaschutz (BIK), bei der das UBA einbezogen ist, sollen ökonomische Hemmnisse auflösen. Fachlich und administrativ betreut das Umweltbundesamt zudem die Förderung im Rahmen des Umweltinnovationsprogramms (UIP) des Bundesumweltministeriums.

UIP: Förderung demonstrativer Konzepte und Techniken
Mit dem Umweltinnovationsprogramm unterstützen Umweltbundesamt und Bundesumweltministerium Industrie- und Gewerbebetriebe, die ihre Umweltbelastungen deutlich reduzieren wollen. Das schließt auch Konzepte und Techniken zum Sparen von Energie, der umweltgerechten Energieversorgung und dem Einsatz erneuerbarer Energien ein. Ziel des Programms ist es, innovative Ideen erstmals in der Praxis zu realisieren und damit dafür zu sorgen, dass neue Techniken entwickelt werden und in den Markt gelangen.

Green Factory Allgäu
In der „Green Factory Allgäu“ fertigt die Alois-Müller-Gruppe, Spezialist für Energie- und Gebäudetechnik, seit 2019 Lüftungskanäle und versorgungstechnische Komponenten sowie Energiezentralen in Containerbauweise. Mehr als 250 Menschen arbeiten in dem 18.000 Quadratmeter energieautarken Produktions- und Bürogebäude in den Bereichen Fertigung und Verwaltung.
Die für Verwaltung und Fertigung benötigte regenerative Energie wird aus drei verschiedenen Quellen komplett vor Ort erzeugt. Der Produktionsprozess ist auf die Stromerzeugung abgestimmt. So entstand im Rahmen dieses Vorhabens nicht nur eine CO2-neutrale, sondern auch nahezu energieautarke Fabrik. Mehr Informationen: https://www.umweltinnovationsprogramm.de/projekte/green-factory-allgaeu

"AutarkBräu" - Energieautarke Karmeliten Brauerei Straubing
In Brauereien besteht ein hoher Bedarf an Prozesswärme und -Kälte. Die Prozesswärmeerzeugung der Karmeliten Brauerei Karl Sturm GmbH & Co. KG erfolgte zuvor über einen Heizwasserkessel. Steigende Energiepreise und Emissionsabgaben sowie der Bedarf an hoher Versorgungssicherheit forderten neue Ansätze für Energiekonzepte. Als Lösung wurden ineinander verzahnte Maßnahmen in der Prozesswärmeerzeugung, der Kälteerzeugung, der Abwasserbehandlung sowie Steuerungs-, Mess- und Regelungstechnik umgesetzt. Mehr Informationen: https://www.umweltinnovationsprogramm.de/projekte/autarkbraeu-energieautarke-karmeliten-brauerei-straubing

Die CO2-freie netzdienliche Bio-Fabrik (NetFroBio)
Mit einem aktuellen Jahresumsatz von rund 7,5 Millionen EUR ist die BIO-FROST Westhof GmbH ein Kleinunternehmen gemäß EU-Definition. Es verarbeitet am Standort Wöhrden ausschließlich Bio-Frischgemüse zu Tiefkühlgemüse.
Durch Umsetzung des innovativen Konzepts trägt die Fabrik zu netzdienlichem Betrieb bei und es wird gegenüber konventioneller Technik 69 Prozent weniger an Energie für Wärme und Strom pro Jahr benötigt. Mit allen innovativen Techniken benötigt die Fabrik zudem mit 0,97 m³ Trinkwasser für jede verarbeitete Tonne Gemüse nur ein Zehntel des konventionellen Wasserverbrauchs. Mehr Informationen: https://www.umweltinnovationsprogramm.de/projekte/die-co2-freie-netzdienliche-bio-fabrik-netfrobio

Errichtung eines dynamischen und umweltfreundlichen Prüffelds der Zukunft
Die Arntz Optibelt Gruppe zählt weltweit zu den führenden Herstellern von Hochleistungs-Antriebsriemen. Um die Qualität zu prüfen, werden diese sowohl statisch als auch dynamisch getestet.
Im Prüffeld können die Weichen für energieoptimierte Produkte gestellt werden, so dass sich dieser Bereich für eine genauere Betrachtung möglicher Ressourcenoptimierungen und Energieeinsparungen anbietet. Die innovativen Verspannprüfstände verbrauchen bei 34 Prozent Teillast nur knapp 20 Prozent der Prüfriemenleistung im Vergleich zu 53 Prozent bei einem Motor-Generator-Prüfstand (Stand-der-Technik). Unter Ist-Auslastung werden somit 1,4 Mio. Kilowattstunden pro Jahr gespart, was einer Einsparung von 700 Tonnen CO2 pro Jahr für etwa 30 Jahre (Prüfstand-Nutzungsdauer) ab 2022 entspricht. Mehr Informationen: https://www.umweltinnovationsprogramm.de/projekte/errichtung-eines-dynamischen-und-umweltfreundlichen-prueffelds-der-zukunft