Er musste nicht erfunden werden, denn er existiert schon länger auf der Erde als wir. In der Natur kann er immer noch in seinem natürlichsten Zustand betrachtet werden, wenn er aus Geysiren hervorbricht und ein atemberaubendes Schauspiel bietet. Seine schiere Kraft und Stärke lassen erahnen, warum Dampf das meist genutzte Wärmeübertragermedium der Welt ist – und unterstreichen seine elementare Natur.
Seine Fähigkeit, eine beträchtliche Menge an Energie zu speichern, die entweder mechanisch, z. B. zum Drehen einer Turbine, oder als Wärme für zahlreiche Prozesse genutzt werden kann, macht Dampf zu einer essentiellen nachhaltigen, erneuerbaren Ressource. Dank des Dampf- und Kondensatkreislaufs kann das verbrauchte Wasser durch effiziente Systeme wiederverwendet werden, wodurch Energie eingespart wird.
Aufgrund der hohen Effizienz, der geringen Toxizität, seiner Fähigkeit, eigenständig zu strömen, der überragenden Wärmekapazität und der im Vergleich zu anderen Alternativen niedrigen Kosten ist eine Welt ohne Dampf nicht denkbar. Viele der enormen technischen Fortschritte, die unsere Gesellschaft in den letzten 300 Jahren gemacht hat, verdanken wir dem Dampf. Während sich die Mechanismen, die Dampf nutzen und benötigen, verändert haben mögen, ist Dampf selbst für unsere Weiterentwicklung essentiell geblieben.
Er spielt eine Schlüsselrolle in der pharmazeutischen Industrie, denn er sorgt dafür, dass Medikamente und Impfstoffe sicher, zuverlässig und in großen Mengen hergestellt werden können. Einrichtungen im Gesundheitswesen verlassen sich auf Dampf, um über sterile Instrumente zu verfügen. Sowohl die Chemie- als auch die Erdölindustrie benötigen Dampf für den reibungslosen Betrieb ihrer Anlagen und für die Herstellung zahlreicher Produkte, auf die wir im täglichen Leben angewiesen sind. Von Kunststoffen über Polyester (das weltweit am häufigsten verwendete Kleidungsmaterial) bis hin zur Ammoniakproduktion, die Düngemittel für die Ernährung der Welt liefert. Und seine zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie bedeuten, dass wir nicht zweimal über die Sicherheit und Haltbarkeit so vieler Dinge nachdenken müssen, die wir zum Leben brauchen.
Dies sind nur einige der Vorteile, die Dampf uns bietet. Das ist der Grund, warum wir Dampf nicht nur als nützliches Naturphänomen, sondern als eine „natürliche Technologie“ betrachten. Ein sicheres, nachhaltiges und zuverlässiges Medium zur Verbesserung unserer Lebensqualität, das einfach unvergleichlich ist.
Aber abgesehen davon, dass sie auf Fotos gut aussehen, haben Geysire keinen praktischen Nutzen für uns. Daher ist Dampf mit Ausnahme einiger weniger Orte auf der Erde als geothermische Energiequelle keine Option. Das bedeutet, dass wir den Dampf selbst erzeugen müssen, um ihn nutzbar zu machen. Und genau hier liegt der Prüfstein für die Gewährleistung seiner nachhaltigen Zukunft.
Wir brauchen Dampf in großen Mengen, um unser Wachstum und unsere Lebensqualität zu erhalten. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir so schnell wie möglich von der Dampferzeugung mit Gas, Kohle oder Öl auf erneuerbare, effiziente Energiequellen umsteigen.
Die globale Energiekrise beschleunigt einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise, wie wir unseren Strom erzeugen. Erstens nimmt der Anteil der erneuerbaren Energien (hauptsächlich Wind- und Sonnenenergie, aber mit variabler Leistung) rasch zu. Zweitens wächst das Potenzial für grünen Wasserstoff auf der Grundlage von erneuerbarer Energie und Elektrolyse von Tag zu Tag. Drittens wächst die Einsicht in die Notwendigkeit der Elektrifizierung der Wärmeversorgung in Industrie und Gebäuden. Und schließlich entstehen neue Technologien für die Wärme- und Stromspeicherung, die bald in großem Maßstab verfügbar sein werden.
Ein solcher Paradigmenwechsel in der Arbeitsweise der Industrie wird nicht über Nacht stattfinden. Aber die Zeit drängt, wenn wir diese anspruchsvollen Netto-Null-Ziele erreichen wollen. Deshalb sind praktische Möglichkeiten zur Überbrückung der Kluft zwischen Stromangebot und -nachfrage so wichtig für einen nachhaltigen Betrieb. Innovationen wie die thermische Energiespeicherung, bei der die Versorgungsspitzen der erneuerbaren Energien aufgefangen, in nützlichen Dampf umgewandelt und dann gespeichert werden, bis sie gebraucht werden, werden für den Übergang entscheidend sein. Abbildung 1 veranschaulicht, warum wir Wege finden müssen, unsere Effizienz zu maximieren, wenn es darum geht, das Beste aus erneuerbaren Quellen wie der Solarenergie zu machen:
Insgesamt ist Wärme für mehr als das Doppelte des Energiebedarfs der weltweiten Stromerzeugung verantwortlich und verursacht 55 % der weltweiten Energieemissionen¹. Diese Zahl zu senken ist ein wichtiges Ziel der Dekarbonisierung², aber bisher wurden dahingehende Versuche oft isoliert unternommen. Bereiche wie die Elektrifizierung, Wasserstoff, Biomasse und CO2-Abscheidung und -Speicherung wurden separat betrachtet und der Schwerpunkt auf spezifische Endanwendungen gelegt.
Deshalb scheint der Weg zur Kohlenstoffneutralität manchmal so schwierig zu sein, da wir darauf warten, dass neue Technologien die Technologien ersetzen, auf die wir uns seit Jahrzehnten oder sogar Jahrhunderten verlassen haben. Glücklicherweise sind die Möglichkeiten, nachhaltig erzeugten Dampf zu nutzen, in greifbare Nähe gerückt.
Da die Notwendigkeit, unseren Planeten zu dekarbonisieren, immer dringender wird, ist es beruhigend, dass Dampf weiterhin Teil unserer klimaneutralen Zukunft sein wird. Wir alle wissen, dass die Zeit der Benzin- und Dieselfahrzeuge zu Ende gehen wird, dass die Nutzung von Erdgas eingeschränkt sein wird und dass insgesamt schwierige Entscheidungen getroffen werden müssen, wenn wir die Zukunft unseres Planeten sichern wollen.
Dies ist bei Dampf nicht der Fall. Um von fossilen Heizkesseln wegzukommen, muss man nicht Jahrzehnte warten, bis neue Alternativen zur Verfügung stehen. Es geht auch nicht um eine vollständige Überholung der bestehenden Systeme. Die Möglichkeit zur Nachrüstung von Heizkesseln mit elektrischer Heiztechnik ist jetzt gegeben. Wenn alte Geräte ersetzt werden müssen, sind neue, effizientere elektrische Optionen leicht verfügbar. Mit der Verlagerung der Stromerzeugung weg von Kohle, Gas und Öl wird Dampf sein kohlenstoffneutrales Potenzial unter Beweis stellen können.
Daneben wird es immer wichtiger werden, mit weniger mehr zu erreichen, indem Effizienzmaßnahmen kontinuierlich evaluiert und verbessert werden. Dies wird die Bedeutung von Dampf für viele Branchen, die auf ihn angewiesen sind, noch weiter steigern. Datengestützte, systemübergreifende Ansätze werden das wirksamste Mittel sein, dies zu erreichen.
Da Dampf in so vielen verschiedenen Branchen eingesetzt wird, gibt es eine große Vielfalt an Größen, Konfigurationen, Endanwendungen und Betriebsverfahren für Dampfsysteme. Das bedeutet, dass es viele Möglichkeiten gibt, die Leistung des Dampfsystems zu verbessern.
So wie der Dampf den Zivilisationen auf der ganzen Welt geholfen hat, zu wachsen und sich zu entwickeln, ist es nun an den Ingenieur:innen, dem Dampf zu helfen, seinen Platz in unserer Geschichte zu behalten. Der Dampf hat uns bisher auf eine lohnende Reise mitgenommen und wird dies auch noch in den kommenden Jahrhunderten tun.
Es sind Ingenieur:innen aller Fachrichtungen, die die Infrastruktur und die Technologien für eine vollständige Dekarbonisierung entwerfen, bauen, nachrüsten, betreiben und sicher machen werden.National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering
¹„Global Energy Perspective 2022“, McKinsey, 26. April 2022.
²Beachten Sie, dass es beim Erreichen von Net-Zero nicht nur um CO2-Emissionen geht, sondern um alle Treibhausgase, einschließlich Methan und F-Gase. Hier verwenden wir den Begriff Dekarbonisierung, um alle relevanten Emissionsminderungen zu erfassen.
National Engineering Policy Centre, Royal Academy of Engineering (https://raeng.org.uk/media/b4jpdttw/net-zero-a-systems-perspective-on-the-climate-challenge-final-nepc.pdf)
“Net-zero heat: Is it too hot to handle?”, McKinsey Sustainability, July 22, 2022. (https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/sustainability-blog/net-zero-heat-is-it-too-hot-to-handle)
The need for an increased reliance on renewable energy regularly surfaces as we try to combat climate change.
How Focusing on the Now is Crucial for Tomorrow.
Die vielseitige Nutzung von Dampf in der Industrie bedeutet, dass jeder Industriezweig seinen eigenen Weg zur Dekarbonisierung wählen muss.