Konzept und Massnahmenplan

Methodik & Analyse

Anhand des Energiekonzept-Planungsmodells wurde die systematische Analyse der bestehenden Situation durchgeführt. Sämtliche Verbraucher in den Firmengebäuden wurden erfasst und ihre Wärme‑, Kälte‑ und Stromprofile ausgewertet. Die grössten Einsparpotenziale liegen bei den Kompressoren und bei der Klimaanlage. Anschliessend wurden die Potenziale erneuerbarer Energien Photovoltaik, Solarthermie, Abwärmenutzung, Wärmepumpen bewertet und ein hybrides Versorgungssystem entworfen, das Wärmeproduktion, Kälteerzeugung und saisonale Energiespeicherung miteinander kombiniert.

Die Analyse des Ist‑Zustands zeigte erhebliche Energieverluste, insbesondere wandeln die Druckluftkompressoren 96% der eingesetzten Energie in Wärme um, von der mehr als 70% per Wärmetauscher zurückgewonnen werden können. Weil ein Grossteil dieser Wärme im Sommer anfällt und nicht direkt genutzt werden kann, wurden die potenziellen Speichermöglichkeiten untersucht.

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Technologische Optionen

Die Technikrecherche umfasste verschiedene Wärme‑ und Speichertechnologien. Solarthermie, Ausbau der Photovoltaik, Anschluss an ein erneuerbares Fernwärmenetz sowie saisonale Speicher im Bereich Wasser‑, Eis‑, Latent‑ und insbesondere thermochemische Speicher. Für die Kälteerzeugung wurden neben elektrischen Kompressionskältemaschinen auch wärmegetriebene Adsorptionskälteanlagen untersucht. Jedes System wurde hinsichtlich technischer Machbarkeit, Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Umweltwirkung bewertet.

Im Zentrum des Konzepts steht ein thermochemischer Wärmespeicher auf Basis von Natronlauge (NaOH). Überschüssige Wärme aus Solarenergie oder Abwärme wird im Sommer genutzt, um eine konzentrierte NaOH‑Lösung zu „laden“. Im Winter wird durch Zugabe von Wasser die Wärme wieder freigesetzt. Dieses Verfahren erlaubt eine nahezu verlustfreie Langzeitenergiespeicherung mit fünf‑ bis sechsmal höherer Energiedichte als ein Warmwasserspeicher. Die Technologie befindet sich noch im Pilotstadium, soll jedoch ab 2026 in den Markt eintreten und bietet enormes Potenzial.

Die bestehende Photovoltaik‑Anlage soll durch eine 140‑kWp‑Freiflächen‑ bzw. Carport‑Anlage erweitert werden, um den gesamten Strombedarf für Wärmepumpen, Adsorptionskälte und andere Verbraucher zu decken. Die Abwärme der Druckluftkompressoren wird als „LowHangingFruit“ bewertet, soll sofort umgesetzt werden. Ihre Nutzung erfordert geringe Investitionskosten und reduziert sofort den Gasverbrauch.

Systemvarianten

Auf Basis der Analyse wurden zwei Systemvarianten entwickelt. Variante A setzt auf den Anschluss an ein lokal vorhandenes, mit erneuerbarer Energie betriebenes Fernwärmenetz und auf die Abwärmenutzung der Druckluftanlage. Im Winter deckt die zurückgewonnene Abwärme direkt einen erheblichen Teil des Heizbedarfs, im Sommer treibt sie eine Adsorptions‑Kältemaschine an, sodass im Winter der Wärmebedarf und im Sommer der Strombedarf für die Kühlung sinkt. Das verbleibende Defizit wird mit Fernwärme gedeckt.

Variante B ist die Maximallösung. Sie kombiniert den massiven Ausbau der PV‑Anlage, eine grosse Wärmepumpe, einen thermochemischen NaOH‑Speicher und Adsorptionskälte. Überschussstrom aus der PV‑Anlage lädt im Sommer den NaOH‑Speicher, im Winter speist der Speicher die Heizwärme zurück und entlastet die Wärmepumpe. Der Kompressor‑Abwärme wird ganzjährig genutzt, im Winter für den Heizkreislauf, im Sommer für die Kälteerzeugung. Diese Varianteerfordert höhere Investitionen und birgt technisches Risiko, eliminiert jedoch den fossilen Energiebezug für die Wärmeproduktion vollständig und schafft ein Leuchtturmprojekt der Industrie.

Umsetzungsempfehlungen

Um die Massnahmen wirtschaftlich und technisch optimal zu realisieren, wird ein stufenweises Vorgehen empfohlen.

Ein Plattenwärmetauscher soll kurzfristig innerhalb von Monaten in die Druckluftanlage und den Heizungsrücklauf integriert werden.

Mittelfristig in 1–3 Jahren, soll eine der beiden Varianten umgesetzt werden. Dieser Zeitraum lässt zu, den technischen Reifegrad des NaOH-Speichers zu überwachen und schafft Zeit die Entscheidung für die Variante A oder B zu treffen. In diesem Zeitraum kann variantenunabhängig die Adsorptions‑Kältemaschine in Betrieb genommen und die Nutzung der Kompressor‑Abwärme erweitert werden. Anschliessend soll je nach Variantenentscheid entweder der Anschluss an das Fernwärmenetz oder die PV-Anlagenerweiterung und die Umstellung der Heizung auf eine Wärmepumpe umgesetzt werden.

Wenn der Entscheid auf die Variante B fällt, ist langfristig in 3-5 Jahren die Endstufe auszubauen. Diese soll, sobald die Technologie marktreif und finanziell darstellbar ist, in Form der innovativen NaOH‑Speicherlösung und der zusätzlichen PV‑Parkplatzüberdachung geplant und realisiert werden, wodurch künftig rund 95% des jährlichen Energiebedarfs am Standort produziert werden können.

Wirtschaftlicher und ökologischer Nutzen

Die Umsetzung dieses ganzheitlichen Energiekonzeptes bietet der mollet AG erhebliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Kurzfristig sinken die jährlichen Energiekosten deutlich. Durch die PV‑Erweiterung wird mittelfristig mehr eigener Strom produziert, was Kostenstabilität, Unabhängigkeit und Versorgungssicherheit schafft, da weniger externe Energie bezogen werden muss. Die Massnahmen von VarianteA amortisiert sich nach rund 11Jahren. VarianteB erfordert zwar höhere Investitionen, wird jedoch durch steigende CO₂‑Abgaben und Energiepreise wirtschaftlich interessant und amortisiert sich trotz 10 mal höherer Investition, aus heutiger Sicht in rund 13 Jahren.

Ökologisch ermöglicht das Konzept einen fast klimaneutralen Betrieb am Standort. Der Verzicht auf Erdgas spart jährlich über 20 t CO₂, und ein maximaler PV‑Ausbau spart weitere 16,5tCO₂eq ein. Die Kombination aus erneuerbarem Strom, Wärmerückgewinnung und saisonaler Speicherung verbessert die Gesamtenergieeffizienz, nutzt Ressourcen optimal und minimiert die Emissionen. Gleichzeitig erhöht sich die Versorgungssicherheit und die nachhaltige Ausrichtung des Unternehmens wird durch gezielte Kommunikation klar sichtbar.

Einbettung in die Unternehmensstrategie und Übertragbarkeit

Die mollet AG erhält mit dieser Diplomarbeit eine fundierte Entscheidungsgrundlage und einen strukturierten Massnahmenplan, der sowohl technische als auch wirtschaftliche Aspekte abdeckt. Die Arbeit zeigt exemplarisch, dass eine weitgehend erneuerbare Wärme‑ und Kälteversorgung auch in einem industriellen Umfeld möglich ist. Sie zeigt, wie qualitative und quantitative Ziele, durch die Nutzung von ≥70% der Kompressor‑Abwärme, ≥60% erneuerbarer Wärmebereitstellung, die Reduktion elektrischer Lastspitzen um ≥20% und die saisonale Speicherung von ≥25% der sommerlichen Wärmeüberschüsse.

Darüber hinaus legt die Arbeit die Grundlage für einen Businessplan zur Finanzierung der Handlungsempfehlungen und dient als Beispielprojekt für andere KMU. Durch die modulare Struktur des Konzepts lässt sich das System schrittweise anpassen und später um weitere Technologien ergänzen. Somit leistet das Projekt nicht nur einen Beitrag zum Klimaschutz, sondern trägt auch zur Innovationskraft der regionalen Industrie bei.