Energieeffizienz in der Industrie 4.0: Wie die Energierevolution die Fertigung verändert

Die Industrie 4.0 wird normalerweise mit Themen wie der Digitalisierung oder dem Internet of Things in Verbindung gebracht. Dabei spricht vieles dafür, dass eine elementare Neuerung in der Energierevolution bestehen wird. Erfahren Sie, wie sich durch Gleichstrom, erneuerbare Energien und Smart Grids die Energieeffizienz der Industrie verbessern lässt.

Die Fertigung braucht neue Energielösungen

Eine zuverlässige Energieversorgung ist für produzierende Unternehmen unabdingbar. Stromausfälle können schnell sehr teuer werden, wenn z. B. der Schweißroboter während eines Arbeitsvorgangs ausfällt. Im schlimmsten Fall ist nicht nur das Werkstück beschädigt, sondern auch der Roboter. Und obwohl Deutschland immer noch über eines der stabilsten Stromnetze verfügt, ist die Anzahl der kurzen Stromausfälle in den letzten Jahren gestiegen. Deshalb suchen fertigende Unternehmen verstärkt nach Strategien, um die Energieversorgung für sensible Produktionsprozesse zu gewährleisten. Gleichzeitig soll durch den Einsatz neuer Technologien auch die Energieeffizienz in der Industrie verbessert werden, um Kosten zu sparen und nachhaltiger zu produzieren.

 

Pilotprojekte machen Hoffnung

Es gibt eine Reihe vielversprechender Pilotprojekte, die zeigen, wie sich durch energieeffiziente Fabriken in der Industrie mehr Strom sparen lässt. Ein besonders gelungenes Beispiel ist die sog. ETA-Fabrik an der TU Darmstadt. Das mit 7,9 Millionen Euro geförderte Forschungsprojekt hat sich zum Ziel gesetzt, durch die Optimierung des Systems “Fabrik” rund 40 Prozent des Energiebedarfs zu reduzieren. Beispielsweise wird die bisher ungenutzte Abwärme aus Wärmebehandlungsprozessen dazu genutzt, den Wärmebedarf der Reinigungsanlagen und den Kältebedarf der Werkzeugmaschinen zu decken. Außerdem arbeiten die Wissenschaftler daran, die Energienachfrage auf Verbraucherseite zu regeln. Durch ein solches strompreisabhängiges „Demand Side Management“ könnten in Zukunft große Lastspitzen verhindert werden.

 

Die Zukunft gehört den erneuerbaren Energien

Einer der wichtigsten Aspekte der Energierevolution besteht im verstärkten Einsatz von erneuerbaren Energien. Solar- und Windenergie sind nicht nur sauberer als fossile Brennstoffe – sie gehören mittlerweile auch zu den kostengünstigsten Stromquellen. Der Bericht des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) prognostiziert, dass im Jahr 2050 rund 70 bis 85 Prozent der Stromerzeugung auf erneuerbare Energie entfallen wird. Eine wesentliche Rolle dabei spielen die sinkenden Batteriekosten, die es ermöglichen, überschüssig produzierten Strom durch Speicher dauerhaft verfügbar zu machen. Auch Mischstrategien sind denkbar. Beispielsweise könnte ein fertigendes Unternehmen in Zukunft einen Teil seiner Batteriespeicher durch Solarenergie speisen. Gleichzeitig könnte auch die Abbremsenergie von Robotern für einen Teil des eigenen Energiebedarfs genutzt werden.

 

Die Umstellung auf Gleichstrom

Eine der interessanten Neuerungen im Zuge der Energierevolution ist die sich abzeichnende Umstellung auf Gleichstrom. Gegenüber dem Wechselstrom bietet diese Stromart eine Reihe von Vorteilen für die Produktion: Weil viele Geräte eigentlich mit Gleichstrom arbeiten, entfällt die energieaufwändige Umwandlung. Das betrifft z. B. Photovoltaikanlagen, LED-Lampen oder Batterien in Elektroautos. Umgekehrt entfallen Wandler, die Gleichstrom in Wechselstrom transformieren, was sich positiv auf die Investitionskosten von Unternehmen auswirkt. Die Technische Universität Ilmenau schätzt, dass bei konsequenter Umstellung auf Gleichstrom zwei große Kohlekraftwerke in Deutschland abgeschaltet werden könnten.

 

Die Vorteile der Smart-Grid-Technologie

Die Umstellung auf eine Gleichstromversorgung in der Produktion ermöglicht auch die Koppelung aller elektrischen Anlagen zu einem intelligenten Stromnetz (Smart Grid). Hierbei kommunizieren die stromerzeugenden, stromverbrauchenden und stromspeichernden Anlagen im System fortlaufend miteinander und regulieren sich selbst. Ein solches intelligentes Stromnetz hilft dabei, Energiesysteme an den optimalen Betriebspunkt anzupassen und lockt durch erhebliche Einsparpotentiale. Außerdem trägt ein Smart Grid dazu bei, die Stromstabilität zu verbessern – teure Stromausfälle in der Fertigung würden so minimiert. Nicht zuletzt hätten intelligente Stromnetze auch gesamtwirtschaftlich positive Folgen: Eine Studie des Electric Power Research Institutes fand heraus, dass die Smart-Grid-Technologie den CO2-Ausstoß in den USA um 12 Prozent senken könnte. Das entspricht ca. 500 Millionen Tonnen!

 

Die Energierevolution kommt

Keine Frage: Die Energierevolution wird im Kontext der Industrie 4.0 eine tragende Rolle übernehmen. Die großen Einsparpotentiale, wie sie z. B. die Modellfabrik der TU-Darmstadt bereits aufgezeigt hat, machen die Umstellung für fertigende Unternehmen langfristig sehr attraktiv. Dazu kommt, dass die Abhängigkeit von schwindenden fossilen Energiequellen reduziert wird. Die Energieeffizienz der Industrie wird sich so grundlegend optimieren lassen.

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