8. September 2022
Hochtemperatur-Wärmepumpe betriebsbereit

Co­Bra un­ter­stützt die Wär­me­wen­de in der In­dus­trie

Einweihung der Hochtemperatur-Wärmepumpe CoBra
Ein­wei­hung der Hochtem­pe­ra­tur-Wär­me­pum­pe Co­Bra
Bild 1/4, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Einweihung der Hochtemperatur-Wärmepumpe CoBra

Hol­ger Kelch (Ober­bür­ger­meis­ter Stadt Cott­bus), Prof. Dr. Kars­ten Lem­mer (DLR-Vor­stand für In­no­va­ti­on, Trans­fer und wis­sen­schaft­li­che In­fra­struk­tu­ren), Dr. In­ge Schlotz­hau­er (Re­fe­rat­s­lei­te­rin im Mi­nis­te­ri­um für Wis­sen­schaft, For­schung und Kul­tur des Lan­des Bran­den­burg) und Prof. Dr. Uwe Rie­del (Di­rek­tor des DLR-In­sti­tuts für CO2-ar­me In­dus­trie­pro­zes­se, v.l.) an der Pi­lot­an­la­ge Co­Bra.
Der Verdichter der Versuchsanlage CoBra
Der Ver­dich­ter der Ver­suchs­an­la­ge Co­Bra
Bild 2/4, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Der Verdichter der Versuchsanlage CoBra

Der Ver­dich­ter (grün) setzt den Kreispro­zess in Gang. Er nimmt die Wär­me­ener­gie der Quel­le auf, macht sie nutz­bar und stellt sie dem Ab­neh­mer zur Ver­fü­gung.
Die Turbine der Versuchsanlage CoBra
Die Tur­bi­ne der Ver­suchs­an­la­ge Co­Bra
Bild 3/4, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Die Turbine der Versuchsanlage CoBra

De­tail der Ver­suchs­an­la­ge Co­bra: In der Tur­bi­ne (links ne­ben dem blau­en Be­reich) wird die Luft wie­der auf den Aus­gangs­zu­stand ge­bracht und da­bei ein Teil der Ener­gie in Form von Strom zu­rück­ge­won­nen.
CoBra in der Versuchshalle in Cottbus
Co­Bra in der Ver­suchs­hal­le in Cott­bus
Bild 4/4, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

CoBra in der Versuchshalle in Cottbus

Mit der Hochtem­pe­ra­tur-Wär­me­pum­pe im De­mons­tra­ti­ons­maß­stab soll so­wohl ge­eig­ne­te Pro­zess­wär­me als aus Pro­zess­käl­te für die In­dus­trie be­reit­ge­stellt wer­den. Der Na­me Co­Bra ist ei­ne Kom­bi­na­ti­on aus „Cott­bus“ und dem „Bray­ton“-Pro­zess der Ther­mo­dy­na­mik.
  • Pilot-Anlage in Cottbus erreicht Temperaturen von 300 Grad Celsius – die Prozesswärme ist für viele Industriebranchen ausreichend.
  • Hochtemperatur-Wärmepumpen sind eine Alternative zu fossilen Brennstoffen.
  • CoBra arbeitet mit trockener Luft.
  • Schwerpunkte: Energie, Digitalisierung, Technologie, Wärmewende, Dekarbonisierung

Die Kohlendioxid-Emissionen senken und gleichzeitig Wärme und Kälte für die Industrie bereitstellen: Wie das funktionieren kann, zeigt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einer neuen Pilotanlage. Die Hochtemperatur-Wärmepumpe CoBra nimmt jetzt ihren Betrieb auf.

Das DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse in Cottbus (Brandenburg) arbeitet an Technologien und Lösungen für ein Energiesystem der Zukunft, das nachhaltig ist und in dem Industriebetriebe ohne fossile Brennstoffe für ihre Produktion auskommen. Die Versuchsanlage CoBra liefert einen bedeutenden Beitrag zur Wärmewende in der Industrie: „Wir können bisher weltweit einmalige Werte beim Temperaturhub und der Wärmeabgabe-Temperatur von 300 Grad Celsius bei einer Wärmeleistung von etwa 200 Kilowatt erzielen“, sagt Institutsleiter Prof. Uwe Riedel. In Zukunft soll es noch weit darüber hinausgehen: „Die DLR-Wärmepumpen werden einen Temperaturbereich erreichen, für den es bisher keine technische Realisierung gibt. Diese Temperaturen sind erforderlich für einen CO2-armen Umbau der entsprechenden Industrieprozesse.“ Der Name CoBra ist eine Kombination aus „Cottbus“ und dem „Brayton-Prozess" der Thermodynamik, auf dem die Anlage beruht.

Forschung treibt den Strukturwandel voran

Das DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse wird seit Juli 2019 am Standort Cottbus neu aufgebaut. In enger Partnerschaft mit der regionalen Industrie und Wissenschaft entwickeln die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Technologien für kohlenstoffarme Prozesse. Mit Forschungsimpulsen und Innovationen zählt das DLR-Institut zu den wichtigsten Akteuren beim Strukturwandel in der Lausitz-Region. „Bei all den Problemen unserer Zeit ist es schön zu sehen, dass wir als DLR mit Transfer aus der Forschung in die Industrie zu Lösungen beitragen. CoBra hat das Potenzial, massive CO2-Reduktionen zu ermöglichen. Gleichzeitig schaffen wir in der Region Arbeitsplätze und erhalten Arbeitsplätze am Wirtschaftsstandort Deutschland, indem wir die Produktion von energieintensiven Industriezweigen durch Innovation wettbewerbsfähig halten“, sagt Prof. Karsten Lemmer, DLR-Vorstand für Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen.

Kohlendioxid-Emissionen senken und Energie sparen

Ein Großteil der Industrien braucht Prozesswärme zwischen 100 und 500 Grad Celsius. Das gilt zum Beispiel für die Ernährungsindustrie, die Papierindustrie und die chemische Industrie. Verwendet man regenerativ erzeugten Strom, sind Hochtemperatur-Wärmepumpen klimaneutral. Gleichzeitig können Industriebetriebe mit Hochtemperatur-Wärmepumpen Energie sparen.

Die CoBra-Pilotanlage wurde innerhalb von zwei Jahren aufgebaut; finanziert mit Mitteln des Landes Brandenburg. Für die Vorbereitungen und den Bau der Anlage hat das DLR vorrangig Betriebe aus der Region ausgewählt. Langfristig wird eine weitere größere Versuchsanlage CoBra entwickelt und gebaut, mit der noch höhere Temperaturen und eine höhere Wärmeleistung möglich sind. Die CoBra-Pilotanlange verwendet aktuell Luft als Arbeitsmedium. Sie kann aber auch mit dem Gas Argon arbeiten. Die Frage, wie der Prototyp skaliert werden muss, damit er sich für möglichst viele Industriezweige eignet, steht ebenfalls im Zentrum der Forschung.

Die Funktionsweise der CoBra-Anlage erklärt dieses Video.

Das DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse in Cottbus und Zittau

Neben Cottbus hat das DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse einen zweiten Standort in Zittau (Sachsen). Auch dort wird an Hochtemperatur-Wärmepumpen geforscht. Die Pilotanlage ZiRa (der Name ist eine Kombination aus „Zittau“ und „Rankine-Prozess“) ist im Aufbau. Sie arbeitet nicht wie die Anlage CoBra mit Luft, sondern mit Wasser.

In der Abteilung Simulation und Virtuelles Design in Cottbus entwickeln die Forschenden „digitale Zwillinge“ von realen Anlagen. Sie liefern Erkenntnisse darüber, wie regenerative Energiequellen fossile Brennstoffe ersetzen können und wie Industrieprozesse mit anderen Sektoren effizient gekoppelt werden. Dazu müssen Sonnen- und Windenergie, Kraftwerke, Speichersysteme, Wohn- und öffentliche Gebäude sowie Industrieanlagen miteinander vernetzt werden. Außerdem unterstützt die Abteilung die Entwicklungen zu Hochtemperatur-Wärmepumpen.

Die Abteilung Kohlenstoffarme Reduktionsmittel in Zittau untersucht, wie chemische Prozesse umgestellt werden können, um CO2-Emissionen zu vermeiden. Hier spielen zum Beispiel die Nutzung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff und andere kohlenstofffreie Energieträger eine Rolle.

Vi­deo: Image-Vi­deo – Co­Bra (2021)
Das DLR-In­sti­tut für CO2-ar­me In­dus­trie­pro­zes­se in Cott­bus (Bran­den­burg) ar­bei­tet an Tech­no­lo­gi­en und Lö­sun­gen für ein Ener­gie­sys­tem der Zu­kunft, das nach­hal­tig ist und in dem In­dus­trie­be­trie­be oh­ne fos­si­le Brenn­stof­fe für ih­re Pro­duk­ti­on aus­kom­men. Die Ver­suchs­an­la­ge Co­Bra lie­fert hier ei­nen be­deu­ten­den Bei­trag zur Wär­me­wen­de in der In­dus­trie.

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  • Katja Lenz
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