Lackierprozesse stellen in vielen Unternehmen einen unverzichtbaren energieintensiven Teil der Fertigungskette dar. Werden Produkte aus Halbzeugen wie beispielsweise Blechbändern gefertigt, kann die Lackierung bis zu 50 % der gesamten zur Herstellung notwendigen Energie erfordern. Durchschnittlich betragen die anteiligen Energiekosten für die Lackierung immerhin rund 5 bis 15 % der gesamten Herstellungskosten eines Produktes. Dementsprechend wichtig ist es, Energieeffizienzpotenziale bei Lackierprozessen zu heben, um die Energiekosten zu reduzieren und somit die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu stärken.

Optimierungspotenziale und mögliche Effizienzmaßnahmen

Der Lackierprozess ist typischerweise in die Schritte Vorbehandlung, Lackieren und Lacktrocknung bzw. -aushärtung unterteilt. Bei jedem dieser Schritte sind elektrische und thermische Energie erforderlich. Der Wärmebedarf dominiert jedoch, weil die Teile wiederholt erwärmt werden müssen. Hier schlummern hohe Energieeffizienzpotenziale und entsprechend vielfältig sind die Ansatzpunkte für Einsparmaßnahmen.
Beispielsweise wird das Behandlungsmedium bei der Vorbehandlung der zu lackierenden Teile fein zerstäubt und somit dessen Oberfläche stark vergrößert. Durch diese Ausdehnung kommt es jedoch zu einem Temperaturabfall. Deswegen muss die Flüssigkeit eine hohe anfängliche Temperatur aufweisen und energieintensiv erwärmt werden. Durch eine bedarfsgerechte Erwärmung der Medien lassen sich daher hohe Einsparungen erzielen. Ein weiterer Ansatz für Energieeinsparungen ist der bedarfsgerechte Betrieb der Spritzpumpen. So können die Pumpen während der durch Farbwechsel bedingten Stillstandszeiten von bis zu 10 % der Produktionszeit vollständig abgeschaltet werden. Das Einstellen des Spritzdrucks mithilfe von Frequenzumrichtern anstelle von Drosselklappen birgt weitere Einsparpotentiale.
Bei Lackieranlagen ist es aus Gründen des Explosionsschutzes notwendig, dass die Kabinen mit beheizter und zum Teil befeuchteter Luft durchströmt werden. Der Einsatz von Frequenzumformern ermöglicht es, die Luftmenge bedarfsgerecht zu steuern. Zudem können durch Wärmerückgewinnungssysteme wie Plattenwärmeübertragern, Wärmerädern oder Kreislaufverbundsystemen bis zu 80 % der Energie für die Lufterwärmung eingespart werden. Es sind jedoch geeignete Filtersysteme vorzusehen, welche Lackpartikel vor Eintritt in den Wärmeübertrager aus der Abluft entfernen.

Projektidee

Ein Unternehmen der Automobilbranche betreibt eine automatische Lackieranlage. Der jährliche Stromverbrauch der Anlage beträgt rund 1.300 MWh und der wärmeseitige Energieverbrauch rund 1.600 MWh_Hi. Das Unternehmen ergänzt die Lackieranlage durch einen Frequenzumformer zur bedarfsgerechten Regelung der Luftmenge in der Lackierkabine. Weiterhin wird ein System zur Wärmerückgewinnung aus der Kabinenabluft installiert. Mittels Lichtschranken wird die Besprühung in der Vorbehandlung während Stillstandzeiten ausgeschaltet. Die Heißwasserpumpen für die Erwärmung des Behandlungsmediums werden ebenfalls mit Frequenzumformern zur Volumenstromregelung ausgestattet, sodass jederzeit eine bedarfsgerechte Wärmeversorgung gewährleistet werden kann. So können durch die Optimierungsmaßnahmen jährlich rund 1.020 MWh_Hi Erdgas und 100 MWh Strom eingespart werden. Dies entspricht einer Reduktion der CO₂ Emissionen von rund 260 t pro Jahr.

Kosten für die Umsetzung:

• Investitionen für die Hocheffizienztechnik (Frequenzumformer für Ventilatoren und Heißwasserpumpen, Gegenstromwärmeübertrager, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile, Lichtschranken und zugehörige Regelungen) von rund 200.000 €,
• Investitionsnebenkosten (für Planung, Installation, Messtechnik und Inbetriebnahme) in Höhe von etwa 65.000 €
• und damit in Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 265.000 €.

Von diesen Kosten können im Förderwettbewerb Energieeffizienz bis zu 50 % gefördert werden. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Kosten hängt letztlich davon ab, welchen Anteil an den Gesamtinvestitionskosten die effizienzbezogenen Kosten (Investitionsmehrkosten und -nebenkosten) aufweisen.

Ausführliche Hinweise zur Berechnung der Investitionsmehrkosten finden sich im Merkblatt "Allgemeine Hinweise zur Antragstellung" (PDF, 917 KB), welches unter "Mitmachen" und "Antragsstellung" auf den Webseiten des Förderwettbewerbs Energieeffizienz abrufbar ist.

Grundlegendes Kriterium für die Zulassung zum Förderwettbewerb Energieeffizienz ist, dass die Amortisationszeit des Projektes, berechnet aus den effizienzbezogenen Investitionskosten und der Summe der eingesparten Energiekosten, mindestens vier Jahre beträgt.

Im Projektbeispiel können durch die Optimierungsmaßnahmen jährlich rund 1.020 MWh_Hi Erdgas und 100 MWh Strom eingespart werden. Bei einem Strompreis von 0,15 €/kWh und einem Gaspreis von 0,05 €/kWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach etwas mehr als vier Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach etwa zwei Jahren.

Das zentrale Kriterium für die Förderentscheidung im Förderwettbewerb Energieeffizienz ist die je Fördereuro erreichte CO₂-Einsparung pro Jahr (Fördereffizienz). Diese liegt im beschriebenen Projekt bei der maximal möglichen Fördersumme von 132.500 € (50 % Förderquote) und einer erwarteten Einsparung von 260 t CO₂ pro Jahr bei etwa 510 € pro t CO₂ und Jahr. Der Antragsteller kann aber selbst entscheiden, ob er eine geringere Förderquote wählt, somit seine Fördereffizienz verbessert und dadurch die Chancen im Wettbewerb um die Fördermittel erhöht.