In der Papierfabrik der Felix Schoeller GmbH & Co. KG in Weißenborn läuft seit September ein ungewöhnlicher Versuch: Das Fraunhofer IEG und die Sph Sustainable Process Heat GmbH testen dort eine Hochtemperatur-Wärmepumpe mit 1,2 Megawatt thermischer Nennleistung. Sie nimmt Abwärme aus der Papierproduktion auf und macht daraus Prozessdampf. Erdgas bleibt damit zumindest teilweise außen vor.

Die verfügbare Abwärme liegt zwischen 30 und 70 °C. Die zweistufige Anlage hebt sie auf ein Dampfniveau von rund 120 °C an – ein Temperaturhub von bis zu 90 Kelvin. Das ist technisch anspruchsvoll, zumal die Wärmequelle nicht immer gleich warm ist und auch ihre Verfügbarkeit schwankt. Trotzdem soll das System stabil laufen.

Erste Messwerte aus dem Jahr 2026

In den ersten rund 300 Betriebsstunden im Jahr 2026 erreichte die Wärmepumpe im Durchschnitt etwa 700 Kilowatt Dampfleistung. Das entspricht rund 1,2 Tonnen Dampf pro Stunde bei ungefähr 2,3 bar Druck. Die bisherige Dampfleistung ist dabei nicht mit der thermischen Nennleistung von 1,2 Megawatt gleichzusetzen.

Die ermittelte Jahresarbeitszahl liegt bei 2,30. Vereinfacht gesagt: Für jede eingesetzte Einheit elektrischer Energie stellte die Anlage mehr als doppelt so viel Nutzwärme bereit. Bei 4.000 bis 5.000 Betriebsstunden pro Jahr könnten nach Berechnungen des Projektkonsortiums bis zu 600 Tonnen CO₂ eingespart werden. Das entspricht rund 100 Kilogramm vermiedenen CO₂-Emissionen je Megawattstunde Prozesswärme im Vergleich zu einer Erdgaswärmeversorgung.

Die Demonstrationsphase soll ein volles Betriebsjahr unter realen Produktionsbedingungen und im Volllastbetrieb umfassen. Für die verbleibende Projektlaufzeit sind Optimierungen und ein umfassendes Monitoring vorgesehen. Das Fraunhofer IEG koordiniert die Demonstration wissenschaftlich, entwickelte das Mess- und Monitoringkonzept und untersucht außerdem die energetische, hydraulische und regelungstechnische Einbindung in die Papierproduktion.

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Ein europäisches Versuchsfeld

Die Anlage gehört zum EU-Projekt „Push2heat“, in dem Forschungs- und Industriepartner verschiedene Verfahren zur Nutzung von Abwärme erproben. Das Projekt umfasst Demonstrationsanlagen in Deutschland, Italien und Belgien, vor allem für die Papier- und Chemieindustrie. Die Laufzeit reicht von 2022 bis 2027.

Das Gesamtbudget beträgt rund 9,74 Millionen Euro, davon kommen rund 7,84 Millionen Euro aus EU-Fördermitteln. Auf die Fraunhofer-Gesellschaft entfallen rund 599.000 Euro. Hinter dem Projekt steht nicht nur die Suche nach einer funktionierenden Maschine. Es geht auch darum, technische, wirtschaftliche und regulatorische Hemmnisse für einen breiteren Einsatz abzubauen – etwa bei der Frage, unter welchen Bedingungen Wärmepumpen bestehende Dampfnetze und Produktionsprozesse unterstützen können. Die Ergebnisse sollen ebenso für Branchen mit hohem Prozesswärmebedarf wie die Lebensmittel- und Pharmaindustrie nutzbar werden.

Für den Wärmepumpen-Preis 2026 ist die Anlage vom Europäischen Wärmepumpenverband nominiert worden. Über die Auszeichnung wird digital abgestimmt. Ein kleiner Online-Wettbewerb also, während in Weißenborn der Dampf weiter durch die Leitungen zieht.

Cottbus als Forschungsstandort

Das Fraunhofer IEG hat Hauptsitze in Cottbus und Bochum. In Cottbus forscht das Institut seit 2020 gemeinsam mit der BTU Cottbus-Senftenberg. Im Lausitz Science Park ist eine Testumgebung zur Elektrifizierung industrieller Wärmeversorgung geplant, unter anderem für Großwärmepumpen und Speicher.

Auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, kurz DLR, arbeitet in Cottbus an Hochtemperatur-Wärmepumpen. Das DLR-Institut für CO₂-arme Industrieprozesse entwickelt dort die Anlage „CoBra“, die Luft als Arbeitsmedium nutzt. Mögliche Einsatzbereiche liegen unter anderem in der Papier- und Lebensmittelherstellung.

Hochtemperatur-Wärmepumpen sind für industrielle Prozesswärme von meist 80 bis 200 °C ausgelegt. Sie können industrielle Abwärme, Umweltwärme, tiefe Geothermie oder Umgebungsluft nutzen und daraus nutzbare Hochtemperaturwärme machen. Betrieben mit erneuerbarem Strom können sie fossile Energieträger ersetzen, CO₂-Emissionen senken und die Abhängigkeit von Rohstoffpreisen verringern. Typische Anwendungen sind Trocknung, Sterilisation und industrielle Beheizung.

Großes Potenzial, komplizierte Praxis

Laut AIT Austrian Institute of Technology decken verfügbare Wärmepumpen Temperaturbereiche von 50 bis 200 °C ab. Die Leistungen reichen von 20 Kilowatt bis teilweise über 20 Megawatt. Damit lassen sich nahezu alle Anwendungen innerhalb dieser Temperatur- und Leistungsbereiche betrachten – in der Praxis entscheidet aber jedes einzelne Wärmeprofil.

Für Anwendungen bis 200 °C nennt das AIT ein technisches Potenzial von bis zu 222 Terawattstunden pro Jahr. Das entspräche etwa 11 Prozent des industriellen Prozesswärmebedarfs in Europa und rund 51 Millionen Tonnen vermiedenen CO₂-Emissionen jährlich. In weiteren Temperaturbereichen könnten Wärmepumpen zusätzlich 508 Terawattstunden pro Jahr bereitstellen, weitere 26 Prozent des industriellen Prozesswärmebedarfs abdecken und etwa 95 Millionen Tonnen CO₂ einsparen. Zusammengenommen werden bis zu 730 Terawattstunden pro Jahr genannt – etwa 37 Prozent des industriellen Prozesswärmebedarfs und rund 146 Millionen Tonnen weniger CO₂-Emissionen jährlich.

Besonders groß fällt das branchenspezifische Potenzial bei Betriebstemperaturen bis 200 °C in der Papier- und Zellstoffindustrie mit 230 Terawattstunden pro Jahr aus. Es folgen die Lebensmittel- und Getränkeindustrie mit 123 Terawattstunden, die chemische Industrie mit 119 Terawattstunden, nichtmetallische Mineralien mit 43 Terawattstunden und der Maschinenbau mit 41 Terawattstunden. Als Quelle nennt das AIT die Studie „Strengthening Industrial Heat Pump Innovation – Decarbonizing Industrial Heat“.

Das AIT bietet Unterstützung bei der Integration solcher Anlagen in industrielle Prozesse: von der Analyse und Optimierung des Gesamtsystems über die Suche nach Wärme- und Kühlbedarf sowie verfügbaren Abwärmequellen bis zur Erstellung von Lastprofilen. Dazu kommen die Bewertung des nötigen Temperaturhubs, die Analyse von Auslastung und Wirtschaftlichkeit, der Vergleich der Betriebskosten mit bestehenden Systemen sowie Planung und Implementierung – einschließlich Integration, Austausch oder Umbau vorhandener Anlagen.

Das kann entscheidend sein, weil Wärme nicht immer das einzige Thema ist. Wo gleichzeitig gekühlt und geheizt werden muss, steigt der Wirkungsgrad, während der Investitionsbedarf sinken kann, wenn separate Kühlaggregate entfallen. In Molkereien etwa gibt es Bedarf an Eiswasser und Niedrigtemperaturwärme; außerdem muss Abwasser vor der Einleitung in Gewässer abgekühlt werden. Das AIT verbindet dafür experimentelle Erfahrungen mit Hochtemperatur-Wärmepumpen und -speichern mit Modellierung und Simulation kompletter Anlagen und Systeme.

Als Referenzprojekte werden „Industriewärmepumpe zur Dampferzeugung – AHEAD“ und „Wärmerückgewinnung in Trocknungsprozessen – DryFiciency“ genannt. In Weißenborn geht es derweil um Papier, Dampf und viele Betriebsstunden unter echten Bedingungen. Der Geruch der Produktion bleibt derselbe – nur ein Teil der Wärme soll künftig einen längeren Weg machen.