Pinch-Analyse als Planungswerkzeug für die optimale Wärmenutzung

• Doppelte Ineffizienz
• Methodisches Vorgehen der Pinch-Analyse
• 1. Prozessmodellierung: „Efficiency first“ als Ausgangspunkt
• 2. Zielwertbestimmung: Thermodynamische Benchmarks durch Verbundkurven
• 3. Wärmeübertragernetzwerkgestaltung: Anwendung der Goldenen Pinch-Regeln
• 4. Optimierung der Energieversorgung: Integration von Wärmepumpen
• Praktische Anwendung
• Fazit

In Deutschland entfallen rund zwei Drittel des industriellen Endenergieverbrauchs auf die Erzeugung von Prozesswärme (Arnold-Keifer 2026¹). Die Dekarbonisierung industrieller Prozesswärmeerzeugung ist daher eine der zentralen Herausforderungen der Energiewende. Knapp 40 % des Prozesswärmebedarfs liegen im Temperaturbereich bis 200 °C (Rehfeldt et al., 2018²). Gerade in diesem Bereich dominieren noch immer fossile Energieträger: Je nach Branche werden etwa 70 bis 80 % der Prozesswärme durch Erdgas oder andere fossile Brennstoffe bereitgestellt (Arnold-Keifer 2026¹).

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Doppelte Ineffizienz

Gleichzeitig fallen bei der Prozesswärmeerzeugung erhebliche Mengen an Abwärme an. Gemäß der ersten verpflichtenden Meldefrist von Abwärme auf der Plattform für Abwärme der Bundesstelle für Energieeffizienz (BfEE) im Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA), Eschborn, werden in der deutschen Industrie jährlich über 171 TWh Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgeführt (Lanzerath 2025³). Für die Abfuhr dieser Wärme wird zusätzlich elektrische Energie für Kühlanlagen, Rückkühler oder Kältemaschinen eingesetzt. Es entsteht somit eine doppelte Ineffizienz: Fossile Energieträger decken Prozessbedarfe, während zeitgleich nutzbare Wärme unter Einsatz von Strom weggekühlt wird.

In der systematischen Erschließung von Abwärmenutzungspotenzialen – insbesondere durch Wärmerückgewinnung und Wärmepumpen – liegt daher erhebliches Dekarbonisierungspotenzial. Eine Methode, die dieses Potenzial ganzheitlich identifiziert, quantifiziert und in belastbare Zielwerte für den Planungsprozess überführt, ist die Pinch-Analyse. Diese liefert thermodynamische Benchmarks für minimalen Heiz- und Kühlbedarf sowie für das maximal realisierbare Wärmerückgewinnungspotenzial. Die Missachtung der Pinch-Prinzipien kann hingegen zu erhöhtem Energieverbrauch, Überdimensionierung von Anlagen und negativen Wechselwirkungen im Gesamtsystem führen.

• Prozessmodellierung
• Zielwertbestimmung,
• Wärmeübertragernetzwerkgestaltung
• Optimierung der Energieversorgung (siehe Abbildung 1).

Quellen

1. Arnold-Keifer (2026): Erstellung von Anwendungsbilanzen für die Jahre 2021 bis 2024 für die Sektoren Industrie und GHD. Studie für die Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen. Karlsruhe, 17.4.2026, Fraunhofer ISI. Zur Studie
2. Rehfeldt, M.; Fleiter, T.; Toro, F. (2018): A bottom-up estimation of the heating and cooling demand in European industry. In: Energy Efficiency 11 (5), S. 1057–1082. DOI: 10.1007/s12053-017-9571-y.
3. Lanzerath, F. (2025): So viel Abwärme steckt in Deutschland. Bloqbeitrag 26.3.2025, TLK Energy GmbH.
4. Kemp, I. C. (2007): Pinch analysis and process integration a user guide on process integration for the efficient use of energy. 2 // 2. ed. Oxford: Butterworth-Heinemann; Elsevier/Butterworth-Heinemann.
5. Schlosser, F. (2020): Integration von Wärmepumpen zur Dekarbonisierung der industriellen Wärmeversorgung. Dissertation. Kassel University Press GmbH.
6. Schlosser, F.; Wiebe, H.; Walmsley, T. G.; Atkins, M. J.; Walmsley, M. R. W.; Hesselbach, J. (2021): Heat Pump Bridge Analysis Using the Modified Energy Transfer Diagram. In: Energies 14 (1), S. 137. DOI: 10.3390/en14010137.

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