In einer Papierfabrik entsteht Wärme an Stellen, an denen sie nicht mehr heiß genug für den nächsten Arbeitsschritt ist. Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe kann diese Abwärme aufnehmen und auf ein Niveau bringen, auf dem sie wieder als Prozessdampf nutzbar wird. Ob sich das lohnt, entscheidet jedoch nicht allein die Maschine: Wärmequelle, Dampfbedarf und Betrieb müssen zusammenpassen.
Ein Demonstrationsprojekt in Weißenborn zeigt, wie das aussehen kann. Dort hebt eine Anlage Abwärme aus der Papierproduktion von 30 bis 70 Grad Celsius auf ein Dampfniveau von rund 120 Grad. Nach Angaben des Fraunhofer IEG erreichte sie in den ersten rund 300 Betriebsstunden 2026 durchschnittlich etwa 700 Kilowatt Dampfleistung und 1,2 Tonnen Dampf pro Stunde. Das ist ein erster Einblick in den Betrieb, noch keine Bilanz über ein vollständiges Jahr.
Aus warmer Abwärme wird heißer Dampf
Das Grundprinzip kennen viele von der Wärmepumpe im Haus. Ein Kältemittel nimmt Wärme auf niedrigem Temperaturniveau auf. Ein Verdichter setzt Energie ein und erhöht den Druck. Dadurch kann das Kältemittel Wärme bei höherer Temperatur abgeben. Anschließend wird sein Druck wieder abgesenkt und der Kreislauf beginnt von vorn.
Der entscheidende Punkt: Die Anlage erzeugt nicht die gesamte abgegebene Wärme aus Strom. Sie verschiebt vorhandene Wärme auf ein höheres Temperaturniveau und benötigt dafür Antriebsenergie. Das US-Energieministerium beschreibt industrielle Wärmepumpen deshalb als aktive Wärmerückgewinnung. Sie können eine Wärmequelle nutzbar machen, deren Temperatur für eine direkte Verwendung zu niedrig ist.
Wie viel Arbeit dafür nötig ist, hängt vom Temperaturhub ab: also davon, wie weit die Temperatur zwischen Quelle und gewünschter Nutzung angehoben werden muss. Im Papierwerk schwankt die Ausgangstemperatur; der Hub kann laut Fraunhofer bis zu 90 Kelvin betragen. Ein Kelvin Temperaturdifferenz entspricht dabei einem Grad Celsius Unterschied.
Das Dampfnetz bestimmt die Aufgabe mit
Eine Fabrik braucht nicht einfach Wärme, sondern Wärme an der richtigen Stelle und zur richtigen Zeit. Dampf transportiert Energie zu Verbrauchern wie Trocknungsanlagen. Für die Einbindung zählen daher das benötigte Temperaturniveau und der Druck ebenso wie die Menge und ihr Verlauf über den Arbeitstag.
Ist beispielsweise eine Wärmequelle nur während eines Produktionsschritts verfügbar, der Dampfbedarf aber zu anderen Zeiten hoch, reicht die Angabe einer maximalen Maschinenleistung für die Planung nicht aus. Ein Betrieb muss diese Zeitprofile zusammen betrachten und klären, welche bestehende Wärmeerzeugung Spitzen oder Ausfälle abdecken kann. Ob ein Speicher oder eine andere Betriebsweise hilft, hängt vom jeweiligen Standort ab.
Auch die Abwärme muss zur Wärmepumpe gelangen. Wärmeübertrager geben Energie von einem Stoffstrom an einen anderen weiter, ohne dass sich beide zwingend mischen. Ihre Auslegung und die Verbindung der Leitungen beeinflussen, welche Temperaturen die Anlage tatsächlich sieht. Eine Regelung muss auf schwankende Bedingungen reagieren, damit Quelle und Dampfversorgung zusammenarbeiten.
Fraunhofer IEG hat für das Projekt in Weißenborn nach eigenen Angaben die energetische, hydraulische und regelungstechnische Einbindung untersucht. „Hydraulisch“ meint hier das Zusammenspiel der strömenden Medien und Leitungen. Die Demonstration soll gerade zeigen, wie sich die Technik in einen bestehenden Prozess integrieren lässt.
Warum ein großer Temperaturhub ins Gewicht fällt
Je weiter die Wärmepumpe Wärme anheben muss, desto anspruchsvoller wird ihre Aufgabe. Der Temperaturhub beeinflusst den Bedarf an Antriebsenergie. Wie effizient eine konkrete Anlage arbeitet, hängt außerdem von ihren Komponenten und Betriebspunkten ab. Eine hohe erreichbare Temperatur allein sagt deshalb noch nicht, wie viel Strom im Alltag für eine bestimmte Menge Dampf nötig ist.
Das Fraunhofer ISE untersucht an einem Teststand die Bereitstellung von Prozessdampf bis 160 Grad Celsius. Dort geht es unter anderem darum, das Zusammenspiel von Wärmequelle, Kältemittel, Wärmeübertragern und Regelung unter verschiedenen Bedingungen zu verstehen. Das sind Laboruntersuchungen; sie beschreiben nicht die Betriebswerte der Papierfabrik.
Für Weißenborn nennt Fraunhofer IEG eine thermische Nennleistung von 1,2 Megawatt. Die durchschnittlichen 700 Kilowatt in den ersten rund 300 Stunden sind eine andere Größe: Sie beschreiben den angegebenen bisherigen Betrieb, nicht die maximale Auslegung. Die Anlage wird laut Institut weiter unter Produktionsbedingungen erprobt und überwacht. Wie sie sich über ein vollständiges Betriebsjahr verhält, müssen diese Daten erst zeigen.
Wann rechnet sich der Umbau?
Eine niedrigere Brennstoffmenge bedeutet nicht automatisch niedrigere Gesamtkosten. Das Unternehmen muss den Strom für den Verdichter bezahlen und die Investition in Wärmepumpe, Anschlüsse und gegebenenfalls weitere Umbauten berücksichtigen. Gegenüber stehen die Kosten des eingesparten Brennstoffs und die Stunden, in denen die Anlage tatsächlich nutzbare Wärme liefert.
Das US-Energieministerium weist darauf hin, dass das Verhältnis der Preise für die eingesetzten und ersetzten Energiearten die Wirtschaftlichkeit mitbestimmt. Eine Anlage kann technisch funktionieren und dennoch an einem bestimmten Standort finanziell wenig attraktiv sein. Umgekehrt kann regelmäßig verfügbare Abwärme in Kombination mit einem passenden Dampfbedarf den Einsatz begünstigen.
Die Klimawirkung hängt ebenfalls vom Einzelfall ab: Entscheidend sind unter anderem der ersetzte Brennstoff, der zusätzliche Strombedarf und die Emissionen der Stromversorgung. Für Weißenborn nennt das Projektkonsortium eine mögliche Einsparung auf Basis angenommener jährlicher Betriebsstunden. Diese Rechnung ist eine Projektion und keine bereits gemessene Jahresbilanz.
Die eigentliche Planungsfrage lautet daher nicht nur, ob eine Wärmepumpe Dampf erzeugen kann. Sie lautet, welche verfügbare Abwärme zu welchem Bedarf passt, wie die Technik in das bestehende Netz eingebunden wird und was der Betrieb über längere Zeit kostet. Der Versuch im Papierwerk liefert dafür konkrete erste Betriebsdaten und lässt das vollständige Betriebsjahr noch vor sich.
Quellen
- Fraunhofer IEG: PUSH2HEAT, Demonstration in Weißenborn.
- Fraunhofer ISE: Wärmepumpen für Industrieprozesse und Wärmenetze, 7. Oktober 2026.
- U.S. Department of Energy: Industrial Heat Pumps for Steam and Fuel Savings.
Für diesen Artikel wurden KI-gestützte Recherche- und Editierwerkzeuge verwendet. Der Inhalt wurde redaktionell geprüft.
