Technologie

Die produzierende Industrie wird gern als Beispiel dafür genommen, die Energiewende lasse sich nicht rasch und keineswegs überall umsetzen. Das international erfolgreiche Maschinenbauunternehmen Schmalz hat für sich den Beweis erbracht: Ökonomie und Ökologie schließen sich nicht aus. Allerdings sind Konsequenz und Innovationskraft gefragt.

Das Holzstück, das Wolfgang Schmalz hochhält, ist nicht viel größer als eine Zigarettenschachtel, genau: 3,2 x 9 x 12 Zentimeter. Douglasie. „Hier drin steckt eine Kilowattstunde Energie. Damit können Sie sich rund 1.800mal elektrisch rasieren oder ein Auto mit einer Tonne Gewicht um 360 Meter in die Höhe heben.“

Der Mann hat griffige Bilder parat, wenn er seine Welt erklärt. Und wenn er das tut, unaufgeregt und mit einer Klarheit, die selten geworden ist in unserer Zeit, dann ist mit Händen zu greifen, dass da einer meint, was er sagt. Und dass er zu tun gewohnt ist, was seiner innersten Überzeugung entspricht: verantwortlich handeln, nachhaltig wirtschaften, langfristig denken.

Gemeinsam mit seinem Bruder Kurt ist Wolfgang Schmalz Geschäftsführender Gesellschafter der J. Schmalz GmbH in Glatten, acht Kilometer südöstlich von Freudenstadt. Ihre Welt – das ist der Schwarzwald, das ist Glatten an der Glatt, ein Flüsschen, das durch den Ort und durchs Betriebsgelände fließt. Das sind die Menschen, die hier leben – wie sie. Und das ist ein Unternehmen, das seit seiner Gründung im Jahr 1910 durch den Großvater Johannes Schmalz von der Familie geführt wird, inzwischen in der dritten Generation.

Erneuerung hat Tradition

Die J. Schmalz GmbH zählt zu den weltweit führenden Anbietern von Vakuum-Technologie. Das Unternehmen beschäftigt rund 800 Mitarbeiter weltweit, unterhält Tochtergesellschaften in 16 Ländern und vertreibt seine Produkte in mehr als 50 Ländern. Seinen wirtschaftlichen Erfolg verknüpft Schmalz mit sozialer Verantwortung und einer bemerkenswert konsequenten Nachhaltigkeits-Strategie. Kurz: Hier, mitten im Schwarzwald, gehen Tradition und Fortschritt, Ökologie und Ökonomie Hand in Hand.

Das alles hat nichts mit jener Art Nachhaltigkeits-Management zu tun, die sich ein ökologisches Mäntelchen umhängt, weil das dem Zeitgeist entspringt und Wettbewerbsvorteile durch Imagegewinn verspricht. Und es ist erst recht nicht getrieben von dem „grünen Gewissen“ jener Zeitgenossen, die industrielle Produktion und wirtschaftliches Denken allzu gerne als natürlichen „Feind“ der Nachhaltigkeit verteufeln.

Vielmehr folgen Kurt und Wolfgang Schmalz einer Spur, die bereits ihr Großvater Johannes vor mehr als hundert Jahren legte: Als Standort für seine neu zu gründende Rasierklingenfabrik suchte er sich ein Grundstück direkt an der Glatt aus. Dort stand eine Ölmühle, deren Wasserkraft er zunächst über Transmissionsriemen für die Produktion nutzte – erneuerbare Energiequellen als Wirtschaftlichkeitsfaktor.

Das Geschäft florierte, und 1922 ersetzte der umtriebige Mechanikermeister und Fabrikant das alte Mühlrad durch zwei Francisturbinen, mit denen er Strom erzeugte. Schon damals unterstützte der sozial denkende Unternehmer übrigens auch caritative Einrichtungen mit Geldspenden.

Von Rasierklingen zu Flugzeugtreppen

1945 übernahm der Sohn des Firmengründers, Artur Schmalz, das Ruder. Die Zeiten waren schwierig: Nicht nur, dass sich die Zahl der Wettbewerber im deutschen Markt innerhalb weniger Jahre verzehnfachte, der Elektrorasierer begann die Rasierklinge aus dem Markt zu drängen. Also stellte Artur Schmalz mit großem Einfallsreichtum und dem Gespür für neue Märkte sein Produktportfolio radikal um – auf Transportgeräte, zum Beispiel für Post, Bahn und Flughäfen. Von Flughafengepäckwagen und fahrbaren Cockpittreppen über Lacktrockenwagen für Möbelhersteller bis hin zu Servierwagen für die Gastronomie reichte die Schmalzsche Produktpalette. Und der Erfolg gab Artur Schmalz recht.

Inzwischen wuchsen die Söhne Kurt und Wolfgang heran. Ihr Studium an der Universität Stuttgart schlossen sie als Diplom-Ingenieure im Maschinenbau ab. Kurt promovierte zusätzlich an der Technischen Universität Wien in Betriebswirtschaft. 1984 übernahm er die Unternehmensführung, die er seit 1990 gemeinsam mit seinem jüngeren Bruder Wolfgang innehat.

Schon früh erkannte Kurt Schmalz, dass die Zeit guter Geschäfte mit Transportgeräten vorbei war. Das Unternehmen brauchte erneut ein neues Produktprogramm. Die Anfrage eines größeren Schreinerbetriebs aus Bayern gab den entscheidenden Impuls, den Kurt Schmalz – ganz Schwarzwälder Tüftler – schnell in ein geradezu geniales Produkt umsetzte. „Ich wurde nach einer Möglichkeit gefragt, wie man die Füllungen einer Türe beim Schleifen und Bearbeiten festhalten könne. So kam mir die Idee mit dem Vakuum.“ Er baute einen Arbeitstisch mit Vakuum-Saugern, der Kunde war „überaus zufrieden.“ Die Idee für das nächste Geschäftsfeld war geboren – und was für eine Idee: Das Unternehmen wuchs rasant und expandiert seit 1998 in ausländische Märkte.

Lust am Vorausdenken

Heute erzielt die J. Schmalz GmbH die Hälfte ihres Umsatzes im Ausland. Ein Erfolg, der nicht zuletzt der in Glatten herrschenden Unternehmenskultur geschuldet ist: Kurt und Wolfgang Schmalz schaffen es offenbar, ihre Mitarbeiter zu begeistern und auf die spannende Reise zu immer neuen Ideen mitzunehmen – durch „aktives Wissensmanagement und offene Kommunikation“, wie es in einer Firmenbroschüre heißt.

Die Firmenlenker investieren stolze 8,5 Prozent ihres Umsatzes in Forschung und Entwicklung, das Unternehmen glänzt in Deutschland mit einer Ausbildungsquote von rund 14 Prozent. Und es pflegt ein internes Vorschlagswesen, das seinesgleichen sucht: 5.400 Verbesserungsvorschläge wurden im Jahr 2012 eingereicht – das sind mehr als zehn Vorschläge pro Mitarbeiter am Stammsitz. Zum Vergleich: Nach den Zahlen des Deutschen Instituts für Betriebswirtschaft brachten es die deutschen Maschinen- und Anlagenbauer im gleichen Zeitraum auf durchschnittlich 0,82 Vorschläge pro Mitarbeiter.

Wer nun denkt, der größte Teil der Vorschläge bei Schmalz wandere in die sprichwörtliche Tonne, der irrt. Die Umsetzungsquote in Glatten liegt bei 70 Prozent. Die Lust der Gebrüder Schmalz an Erneuerung und der ständigen Verbesserung von Produkten und Prozessen scheint anzustecken.

Und sie ist der Nährboden für außergewöhnliche Leistungen. Aktuell verfügt die J. Schmalz GmbH über rund 400 angemeldete und erteilte Schutzrechte. Jedes Jahr melden die Schwarzwälder weit über ein Dutzend neue Patente an. Mit annähernd vier Patenten pro hundert Mitarbeiter und Jahr liegen sie dreimal so hoch wie der Durchschnitt der Top-10-Patentanmelder.

Dazu passt, dass Schmalz im April 2014 öffentlich einen Innovationspreis ausgeschrieben hat, Untertitel: „Der Wettbewerb für Vorausdenker“. Die innovativste Idee wird mit 4.000 Euro prämiert. Zusätzlich wird die beste Idee eines Studenten mit einem vierwöchigen Praktikum inklusive 3.000 Euro Gehalt belohnt.

CO₂-freie Produktion

Parallel zur wirtschaftlichen Weiterentwicklung ihres Unternehmens etablierten die beiden Brüder das Schmalz ecoSystem. Dieses System vereint die drei Eckpfeiler ihres unternehmerischen Selbstverständnisses: Ökonomie, soziales Engagement, Ökologie und Ressourcenschonung.

Obwohl im energieintensiven Maschinenbau zuhause, erzeugt das Unternehmen seit vielen Jahren mehr Strom und Wärme aus erneuerbaren Quellen als es verbraucht und produziert gänzlich CO₂-frei. Es baut seine Anlagen zur Erzeugung „grüner“ Energie kontinuierlich aus, um den Eigenverbrauch möglichst optimal damit abzudecken. Zugleich werden Anlagen, Prozesse und Materialeinsatz ständig in Sachen Energieeffizienz optimiert. Die Produkte, die Schmalz entwickelt und produziert, zeichnen sich durch einen wesentlich geringeren CO₂-Fußabdruck aus als vergleichbare Produkte.

Biomasse aus heimischen Wäldern

Zunächst zu den Energiequellen. Wolfgang Schmalz lächelt und verweist auf das eingangs erwähnte Stück Holz: „Wir sind umzingelt von Biomasse und haben gute Alternativen zum Öl.“ Also wurde ließ Artur Schmalz bereits im Jahr 1987 die erste Holzhackschnitzel-Heizanlage installieren – lange bevor es solche Anlagen schlüsselfertig auf dem Markt gab. Sie wurde 2007 durch eine wesentlich leistungsfähigere Anlage mit 500 kW Nennleistung ersetzt. Die kostete zwar ungefähr das Zehnfache wie eine Ölheizung, aber – so Wolfgang Schmalz – „Öl hätte unsere Ökobilanz und auf lange Sicht auch die wirtschaftliche Bilanz belastet. Im Übrigen sorgen wir durch die Nutzung von Holz aus der Umgebung dafür, dass die Kaufkraft im Land bleibt.“

Über die ersten sechs Jahre sei die Kostenbelastung durch die Holzhackschnitzel-Heizung höher gewesen als mit Öl, danach aber schlug das Pendel zugunsten der erneuerbaren Energie um.

Heute produziert Schmalz mit Biomasse aus den heimischen Wäldern im langjährigen Mittel rund 1,25 Millionen Kilowattstunden thermische Energie pro Jahr, hinzu kommen knapp 11.000 Kilowattstunden Solarthermie. Damit deckt Schmalz den Energiebedarf für Raumwärme und Warmwasserbereitung nahezu komplett durch die Nutzung von Solarthermie und Biomasse ab.

Ein ausgeklügeltes Wärmerückgewinnungssystem liefert mehr als 800.000 Kilowattstunden zusätzliche Nutzenergie aus Raum- und Prozesswärme. Eine kleine Öl-Zusatzheizung dient als Backup.

Um Wärme einzusparen beziehungsweise möglichst effizient zu nutzen, hat Schmalz unter anderem folgende Maßnahmen ergriffen:

• Der IT-Serverraum in Glatten wird durch Sprinklerwasser gekühlt. Das erwärmte Wasser wird im Sprinklerbecken gespeichert, die Energie wandert per Wärmepumpe wieder in den Kreislauf.
• Die Abwärme der Druckluftkompressoren wird ebenso wie die der Produktionshallen und Büroräume über Wärmetauscher zurückgeführt.
• Durch eine freie Außenluftkühlung konnte die Installation von Klimaanlagen weitestgehend vermieden werden. Stattdessen werden die Gebäude vor allem nachts durch automatische Lamellen- und Dachfenster und Zuluftventilatoren gekühlt.
• Nordlicht-Sheddächer auf Produktions- und Bürogebäuden sorgen für optimale Lichtverhältnisse bei geringer Wärmeeinstrahlung im Sommer und verringern zugleich den Bedarf an Kunstlicht. Die Südseite der Sheddächer dient als Unterkonstruktion für eine 260 kWp-Photovoltaikanlage.
• Die Holzhackschnitzel-Heizung ist mit einem 40.000 Liter fassenden Pufferspeicher kombiniert. Hier lässt sich die erzeugte Wärme lang speichern, was die Schaltzyklen der Heizanlage reduziert und ihre Effizienz steigert.

Die Summe aller Maßnahmen zeigt die gewünschte Wirkung: Die Gesamteffizienz des knapp 14.000 Quadratmeter großen Produktions- und Logistikgebäudes liegt um 57 Prozent unter dem durch die Energieeinsparverordnung vorgegebenen Wert.

Wasser, Wind und Sonne liefern den Strom

Ähnlich das Bild bei der Strombewirtschaftung. Auch hier schöpft das Unternehmen aus dem Vollen, das die Natur in der Umgebung zu bieten hat: Die Glatt, die 1910 den Ausschlag für die Firmengründung an dieser Stelle gab, liefert noch immer Strom: durchschnittlich rund 122.000 Kilowattstunden im Jahr. Zwei Windräder in der Nähe – der Schwarzwald bietet dafür denkbar günstige Bedingungen – steuern im Jahresmittel 2,45 Millionen Kilowattstunden bei. Und die Photovoltaikanlagen, insgesamt sind 533 kW installiert, im Durchschnitt pro Jahr mehr als 500.000 Kilowattstunden.

Da das Stromangebot aus den eigenen Energiequellen nicht immer mit dem aktuellen Strombedarf übereinstimmt, speist das Unternehmen einerseits Strom ins öffentliche Netz ein und bezieht andererseits extern erzeugten Fremdstrom. Aber auch der kommt aus CO₂-freien Quellen – von den bundesweit bekannten „Stromrebellen“ aus Schönau im Südschwarzwald.

Doch auch in Sachen Stromwirtschaft gilt, was Wolfgang Schmalz so ausdrückt: „Die beste Kilowattstunde ist die, die man gar nicht erst verbraucht.“ Konkret:

• Die Bremsenergie der Regalbediengeräte im automatischen Kleinteilelager wird rückgespeist und wieder genutzt.
• Nicht benötigte Schaltkreise werden nachts und am Wochenende abgeschaltet.
• Die Beleuchtung in Büro- und Produktionsgebäuden wird tageslichtabhängig geregelt.
• Für Kunstlicht kommen durchgängig energiesparende Leuchtmittel zum Einsatz.
• Die firmenweite Drucklufterzeugung ist frequenzgeregelt und wird von einer Regelungssoftware überwacht. Dadurch wurde das Druckluftniveau um 1 bar gesenkt.

Seit 2012 ist ein Lastmanagement im Einsatz, das die Energieflüsse steuert und Stromlastspitzen ausgleicht. Kommt es zu einer Lastspitze, werden Verbraucher, die nicht dauerhaft eingeschaltet sein müssen, für mindestens fünf Minuten abgeschaltet oder in ihrer Leistung reduziert. Das spart nicht nur Strom, sondern auch zusätzliche Kosten durch die Vermeidung von Lastspitzen.

Konsequenz in der Produktion

„Als produzierendes Unternehmen“, heißt es im Schmalzschen Nachhaltigkeitsbericht, „verfolgt Schmalz das klare Ziel, die Umweltauswirkungen seiner Geschäftstätigkeit so gering wie möglich zu halten.“

Und das sieht in der Produktion so aus: Die ergänzend im Unternehmen eingesetzten Treibstoffe und Heizöl schlagen mit einer CO₂-Emission von 593 Tonnen im Jahr 2012 zu Buche. Gleichzeitig hat Schmalz mit den nicht selbst verbrauchten, also eingespeisten Anteilen aus Wind- und Photovoltaik-Energie 1.870 Tonnen CO₂ vermieden. Die Umweltentlastung unterm Strich: 1.277 Tonnen.

Konsequenz heißt für die Gebrüder Schmalz und ihre Mitstreiter im Unternehmen aber auch, dass die Produkte selbst umweltschonend sind. Das beginnt bei der Herstellung und der Zulieferung. So auditiert der Hersteller regelmäßig seine Lieferanten, schult und berät sie in Fragen der Ressourceneffizienz. Gleiches gilt für die Logistik. Hier setzt Schmalz zum einen auf Zulieferer aus der Region und zum anderen auf CO₂-optimierte Versandwege wie etwa GoGreen von DHL.

So gelingt es, umweltschonenden Einfluss zu nehmen, noch ehe die Rohprodukte im Haus sind. Womit das Unternehmen in ein Terrain einsteigt, das wesentlich komplexer ist als die eigene Energie- und CO₂-Bilanz (siehe auch „Der nächste Schritt“). Das Ziel: Alle Emissionen entlang der Wertschöpfungskette bis hin zur Entsorgung der Produkte identifizieren, quantifizieren und die Entwicklung hin zur CO₂-Neutralität vorantreiben.

Energieeffizienz der Produkte

Dass seine Produkte bei ihrer Nutzung möglichst wenig Energie verbrauchen, hat Schmalz ohnehin schon immer im Blick. Für die sichere Fixierung eines Werkstücks mit Vakuum etwa ist ein Mindestvakuum-Wert erforderlich. Also hat Schmalz Vakuum-Erzeuger mit Luftsparautomatik entwickelt. Sie schalten ihre Saugfunktion ab, sobald der definierte Wert erreicht ist. Dadurch verringert sich der Energieverbrauch im Einsatz um bis zu 80 Prozent oder 730 Kilogramm CO₂ pro Greifer und Betriebsjahr.

Ein weiteres Beispiel ist ein Vakuum-Hebegerät, das sogar ohne externe Energiezufuhr arbeitet. Die Hubbewegung des Kettenzugs, an dem das Gerät aufgehängt ist, sorgt zugleich für Auf- und Abbau des Vakuums. Oder die Funkfernsteuerung, die ihre Energie über den piezoelektrischen Effekt (Drücken des Ein-/Ausschaltknopfs) oder über eine integrierte Solarzelle bezieht. Dieser Effekt in Kombination mit der Möglichkeit, das Gerät in Arbeitspausen direkt am Bedienelement abzuschalten, spart bis zu 40 Prozent der sonst erforderlichen Energie.

In jüngster Zeit hat Schmalz begonnen, seine Produkte möglichst einfach recyclingfähig zu machen. Dies vor allem durch die Trennbarkeit der verschiedenen Materialien. So lässt sich zum Beispiel bei bestimmten Sauggreifern das Verschleißteil aus Elastomer problemlos vom Anschlussteil aus Aluminium trennen. Damit ist nicht nur eine fachgerechte Entsorgung möglich, sondern auch der ressourcensparende Betrieb des Geräts, weil das Anschlussteil weiter verwendet werden kann.

Antriebskraft: Vernunft

Warum sie diesen Weg eingeschlagen haben und mit schwäbischer Beharrlichkeit weiter gehen? Darauf haben Kurt und Wolfgang Schmalz eine einfache Antwort: „Wir sind hier am Standort verwurzelt. Und als Unternehmer haben wir eine große Verantwortung für das Gemeinwohl. Wir wollen das Unternehmen und unsere Umwelt gesund weiter geben.“

Dahinter stecke ein klarer Wirtschaftlichkeitsgedanke, erklärt Wolfgang Schmalz: „Wir setzen nichts um, was sich nicht rechnet. Aber der Energieverbrauch und die gesamten Lebenszykluskosten nehmen immer größeren Raum ein.“ Da sei es schlicht vernünftig, nach Lösungen zu suchen, diese Entwicklung in sinnvolle Bahnen zu lenken. „Schmalz steht im internationalen Wettbewerb. 50 Prozent unserer Wertschöpfung betreiben wir im Ausland. Natürlich führen wir nur Maßnahmen durch, die unsere Wettbewerbssituation verbessern. Dazu gehört logischerweise auch, dass der Kunde einen wirtschaftlichen Vorteil hat. Und den können wir mit unseren energieeffizienten Produkten liefern.“

„Wir wollen den Beweis antreten, dass die drei Säulen Wirtschaftlichkeit, ökologisches und soziales Handeln unter einen Hut zu bringen sind. Diesen Beweis haben wir zumindest für uns erbracht. Als produzierendes Unternehmen im Maschinenbau versorgen wir uns mühelos mit regenerativer Energie – wir haben einen niedrigeren Energieverbrauch als vergleichbare Unternehmen und natürlich auch niedrigere Kosten.“

Übrigens: Derzeit entsteht auf dem Betriebsgelände in Glatten ein neues Firmengebäude. Aus der Kantine wird ein „Betriebsrestaurant“. Und die Gebrüder Schmalz bleiben sich treu. „Künftig werden wir, wo immer möglich, Lebensmittel aus regionaler Herkunft verarbeiten. Die werden dann bei uns nicht tiefgefroren angeliefert, sondern frisch zubereitet.“

 

Der nächste Schritt

Die von der J. Schmalz GmbH vorgelegte CO₂-Bilanz basiert auf dem Greenhouse Gas Protocol des Weltressourceninstituts und des Weltwirtschaftsrats für nachhaltige Entwicklung. Die dort definierten Bilanzgrenzen sind in drei Geltungsbereiche (Scopes) unterteilt:

• Scope 1 erfasst alle direkten Emissionen im Unternehmen.
• Scope 2 erfasst die Emissionen zugekaufter Energie.
• Scope 3 erfasst alle anderen Emissionen, die entlang der Wertschöpfungskette verursacht werden – einschließlich der Nutzungsphase und Entsorgung von Produkten.

In der derzeit vorgelegten CO₂-Bilanz von Schmalz sind alle Faktoren nach Scope 1 und 2 berücksichtigt. Der nächste, weit komplexere und schwierigere Schritt – die Erweiterung der Bilanzgrenzen um Scope 3 – ist bereits in Arbeit. Er soll in naher Zukunft umgesetzt werden.

 

Energiebilanz

In den Jahren 2008 bis 2012 hat Schmalz aus regenerativen Quellen 20.853.992 Kilowattstunden Energie erzeugt. Im gleichen Zeitraum hat das Unternehmen 20.554.114 Kilowattstunden Energie verbraucht. Der Überschuss an selbst erzeugter Energie beträgt 299.878 Kilowattstunden. Der Selbstversorgungsgrad liegt bei 50 Prozent.

 

Energiespeicher – Das renommierte Karlsruher Institut für Technologie betreibt den größten Photovoltaik-Speicherpark in Deutschland. Dort sollen bis 2016 marktreife Prototypen für private Energiespeichersysteme entstehen.

Das Thema ist alles andere als trivial. Dennoch ist Olaf Wollersheim überzeugt: „Wir werden bald Prototypen für Solarspeicher im Privatbereich haben, die sicher sind – und preislich so attraktiv, dass sich der Markt dafür öffnet.“ Nicht zu vergessen: Die neue Speichergeneration wird auch die Netzdienlichkeit erneuerbarer Energien deutlich verbessern. Das Potenzial für solche Systeme sei da, so der Projektleiter Competence E am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – „und es wird noch wachsen.“

Für den KIT-Projektleiter und seinen Kollegen Andreas Gutsch ist es nur eine Frage kurzer Zeit, bis die Energiewende auch in Deutschland wieder Fahrt aufnimmt. Und der richtigen Technologie. „Die Frage, mit welchen Technologien die Energiewende gelingt, wollen wir beantworten, indem wir intensiv und interdisziplinär forschen und diese Technologien selbst entwickeln.“ Das Ziel sind Prototypen, die alle Kriterien erfüllen, um in Serie zu gehen und am Markt zu bestehen.

Dazu arbeiten am KIT << Bitte ersetzen durch: etwa hundert>> mehrere hundert Forscher und Entwickler aus den Fachbereichen Chemie, Materialforschung, Produktions- und Verfahrenstechnik, Elektrotechnik, Produktentwicklung, Fahrzeugsysteme, Informatik und Technikfolgenabschätzung zusammen.

Zu den besonders beeindruckenden Vorzeigeprojekten zählt der größte deutsche Solar-Speicher-Park, den das Institut seit Sommer 2014 auf dem eigenen Gelände betreibt. Als Industriepartner haben die pragmatischen Wissenschaftler die Unternehmen Solarwatt und Kostal Solar Electric gewonnen. Solarwatt mit Sitz in Dresden hat die Module für den Solarpark geliefert, von Kostal kommen die PIKO-Wechselrichter, die dort im Einsatz sind.

Mehr als 100 Systemkonfigurationen

Mit entscheidend für rasche und praxisnahe Ergebnisse ist eine möglichst breite technologische Basis. Deshalb hat das Competence-E-Team seine Forschungsanlage mit mehr als 100 verschiedenen Systemkonfigurationen bestückt. Die fest installierten Solarpaneele mit einer Gesamtkapazität von rund einem Megawatt unterscheiden sich zum Beispiel in ihren technischen Bauteilen und in der Neigung, aber auch in ihrer Ost-West-Ausrichtung, die in Summe etwa dem Lauf der Sonne entspricht. Damit wollen die Karlsruher Forscher unter anderem einen möglichst ausgeglichenen Lastgang über den Tag hinweg erreichen – eine erste Maßnahme, mit der sich allzu hohe Produktionsspitzen bereits ohne weitere technische Eingriffe vermeiden lassen.

Ein ähnlicher Effekt ließe sich durchaus auch mit Systemen erreichen, die sich nach der Sonne ausrichten, räumt Olaf Wollersheim ein – ihr Lastgang ist wesentlich ausgeglichener als der von starr installierten Anlagen, und sie erzeugen darüber hinaus deutlich mehr Solarstrom pro Quadratmeter Modulfläche. Dennoch habe man sich gegen den Einsatz nachgeführter Systeme entschieden. Zum einen seien der Einmal-Invest und die Wartungskosten höher, zum anderen seien PV-Module inzwischen so günstig zu haben, dass der Mehrertrag den Aufwand für Nachführung zumindest für ihr Projekt nicht rechtfertige.

„Wir haben hier in Karlsruhe erfreulicherweise kein Platzproblem und müssen auch nicht eine bestimmte Menge an Solarstrom generieren, wie etwa ein produzierendes Unternehmen, das eine möglichst hohe Eigenbedarfsdeckung auf begrenzter Fläche erreichen will. Also haben wir lieber mehr Kapazität, sprich mehr Modulfläche aufgebaut.“

Flächendeckender Ausgleich

„Die Forschungsinfrastruktur im Solar-Speicherpark ist so aufgebaut, dass man damit das Zusammenspiel der neuesten Generationen von Solarmodulen, Stromrichtern und Lithium-Ionen-Batterien in einem relevanten Maßstab untersuchen kann“, erklärt der KIT-Projektleiter. „Der flächendeckende Ausgleich von Stromerzeugung und Bedarf ist ein wichtiger Baustein für die Energiewende. Deshalb die unterschiedliche Ausrichtung der Module, und deshalb vor allem die Zwischenspeicherung in Batterien.“

Drei Ziele sind es im Wesentlichen, die das Competence-E-Team am KIT erreichen will:

• Prototypen für sichere und wirtschaftliche Solarspeichersysteme entwickeln, die für private wie gewerbliche Verbraucher attraktiv sind.
• Systeme und Steuerungskomponenten entwickeln, auf deren Basis der gespeicherte Strom deutlich günstiger bereitgestellt werden kann als von den Energieversorgern. Als Richtwert nennt Olaf Wollersheim hierfür rund 28 Cent pro Kilowattstunde für Privatkunden, für gewerbliche Nutzer 20 Cent oder weniger.
• Systeme bereitstellen, die eine höchstmögliche Netzverträglichkeit von eingespeister Energie aus erneuerbaren Quellen garantieren.

Kurz: Es geht darum, „zukunftsweisende Lösungen und Systemkonfigurationen zu entwickeln, die auf einem globalen Markt bestehen können“, wie es Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, Präsident des KIT, formuliert.

Strom für 6,9 Cent pro kWh

In ausgesprochen vielversprechende Dimensionen sind die Karlsruher Forscher schon jetzt beim Stromgestehungspreis vorgedrungen, wie Olaf Wollersheim nicht ohne Stolz anmerkt: „Wir arbeiten ja nicht erst seit vergangenen Sommer an diesem Thema. Heute erzeugen wir mit unseren Systemen Solarstrom bereits für 6,9 Cent pro Kilowattstunde – alle Investitionen eingerechnet.“

Auch das Ziel, die gespeicherte Energie zu einem deutlich günstigeren Preis bereitzustellen als der Strom bei den öffentlichen Versorgern kostet, sei längst erreicht. „Allerdings variieren hier die Kosten je nach Systemkonfiguration stark.“

Noch seien allerdings Speichersysteme deutlich zu teuer, um für einen Massenmarkt attraktiv zu sein. „Derzeit liegen wir bei rund 750 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität.“ Durch eine intelligente Integration entlang der Wertschöpfungskette wollen die Karlsruher bis 2018 serienfähig Batteriesysteme entwickeln, die eine Energiedichte von 250 Wattstunden pro Kilogramm bieten und rund 250 Euro pro Kilowattstunde kosten, erklärt Wollersheim. „Dann lohnt sich das für viele Gewerbebetriebe oder auch für Lebensmittelmärkte oder Backshops etwa, die erhebliche Stromlasten haben.“

Netze effektiv entlasten

Damit wäre ein wichtiger Schritt in Richtung Energiewende getan. „Denn wenn sich Speichersysteme großflächig durchsetzen, können sie die Fluktuation von erneuerbaren Energien ausgleichen und die Netze effektiv entlasten.“ Was sich auch auf das Design der öffentlichen Netze und deren Kosten auswirke. „Die Wirtschaftlichkeit der Energiebereitstellung hängt stark mit dem Design der Netze zusammen.“

Vereinfacht ausgedrückt: Die Versorgung in Deutschland ist sehr stabil, das aber macht Strom vor allem für Privatkunden teuer. In vielen anderen Ländern hingegen ist Strom zwar vergleichsweise billig – das aber geht zu Lasten der Verfügbarkeit, was vor allem für Industriekunden problematisch und damit der gesamten Wirtschaftsleistung abträglich ist. „Ziel muss es sein, dass erneuerbare Energien die Kosten für die öffentlichen Netze nicht noch weiter nach oben treiben, sondern im Gegenteil: dass sie helfen, diese Kosten zu senken.“ Dies sei ein durchaus realistisches Ziel, bei dem die Speichersysteme eine wesentliche Rolle spielten.

Darüber hinaus sei es mit ausgereiften Speichersystemen möglich, die Industrie in Ländern mit problematischer Versorgungslage weitgehend mit vor Ort produziertem Strom aus erneuerbaren Quellen zu versorgen. „Für netzferne energieintensive Betriebe wie Minen etwa ist eine Eigenversorgungsquote von bis zu 80 Prozent mit selbst erzeugtem Solarstrom möglich. Bei hoher Einstrahlungsintensität eventuell sogar mehr.“

Auch für die Alltagstauglichkeit von E-Mobilen ist die Effizienz von Speichersystemen logischerweise von wesentlicher Bedeutung. „Effizientere Batteriesysteme können die Reichweite von Elektrofahrzeugen signifikant erhöhen.“ Und damit E-Mobilen auf breiter Front zum Durchbruch verhelfen.

Lithium-Technologien im Fokus

Für seine Speichersysteme testet das Team unterschiedliche Lithium-Technologien wie etwa Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid oder Lithium-Eisenphosphat. Im Labor werden auch Zukunftstechnologien wie Silizium-Anoden oder Lithium-Schwefel-Batterien erforscht. Nicht im Einsatz allerdings sind Systeme mit Lithium-Titanat-Technologie, wie sie der nur 50 Autominuten entfernte Batteriehersteller Leclanché herstellt.

„Wir schätzen diese Technologie außerordentlich“, so der KIT-Experte. „Sie ist sehr sicher und bietet enorm hohe Zyklenzahlen – leider ist sie relativ teuer.“ Außerdem sei die hohe Zahl an Be- und Entladezyklen – Leclanché spricht von 15.000 – für Privatanwender schlicht nicht erforderlich. „Im Privathaushalt gehen wir von 200 bis 250 Zyklen im Jahr aus, das sind in 20 Jahren maximal 5.000 Zyklen. Nach unseren Vorgaben müssen Speicher 6.000 bis 7.000 Zyklen unbeschadet überstehen. Das ist mehr als ausreichend.“

Für seine Forschungen hat das Competence-E-Team ein umfassendes Szenario für die Erfassung und Analyse der Leistungsdaten implementiert. Die wissenschaftliche Auswertung soll zeigen, welche Systemkonfiguration wie netzschonend und wie kostengünstig ist. Dabei spielt die richtige Systemsteuerung eine wichtige Rolle für die Wirtschaftlichkeit wie für die Lebensdauer der Batterien. „Wenn zum Beispiel der Akku um 11 Uhr vormittags schon voll ist, dann geht die Mittagsspitze ins Netz. Und die Batterie bleibt stundenlang vollgeladen und ungenutzt. Das ist weder gut für die Batterie noch fürs Netz. Um das zu vermeiden, muss der Ladevorgang abhängig von Einstrahlung und Verbrauch intelligent gesteuert werden.“

Schließlich haben die Wissenschaftler einen hohen gesamtgesellschaftlichen Anspruch. Olaf Wollersheim: „Wir wollen einen Beitrag zu einer wissenschaftlich fundierten Strategie leisten, auf deren Basis das erklärte Ausbauziel erreichbar ist, Deutschland bis 2030 zu 50 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Quellen zu versorgen.“

Ein zentrales Thema dabei ist die Sicherheit von Speichersystemen. Unter anderem arbeiten die Wissenschaftler in diesem Zusammenhang eng mit den Branchenverbänden wie ZVEI, BSW-Solar und dem Bundesverband Energiespeicher BVES zusammen.

Erste Produkte aus ihren Forschungen will der Projektleiter auf der Intersolar 2015 präsentieren. „Wir gehen davon aus, dass unsere Prototypen bis in spätestens anderthalb Jahren serienreif sind.“

Wirtschaftlicher Nutzen

Neben dem wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn hat der neue Solarstrom-Speicher-Park in Karlsruhe natürlich auch einen wirtschaftlichen Nutzen. Der im wissenschaftlichen Umfeld erzeugte Strom wird auf dem Campus Nord des KIT für den Betrieb großer Forschungsgeräte eingesetzt. Zwar lassen sich damit nur etwa zwei Prozent des jährlichen Strombedarfs des Instituts decken, dennoch summiert sich die jährliche Kostenersparnis auf rund 150.000 Euro – bei einer Anlagenlebensdauer von 20 Jahren. Das Investment für die Anlage beläuft sich auf rund 1,5 Millionen Euro.

Zahlen, die für sich sprechen. Und deren Konsequenz den großen Energieversorgern naturgemäß nicht schmeckt. Dennoch zeigt sich der pragmatische Wissenschaftler überzeugt, dass Strom in Zukunft in hohem Maße dezentral erzeugt wird. „Energie aus erneuerbaren Quellen lässt sich längst zu ausgesprochen attraktiven Konditionen gewinnen, und binnen weniger Jahre werden die Speicher sicher, günstig und leistungsfähig genug sein, um sich auf dem Markt durchzusetzen. Dazu leisten wir unseren Beitrag.“ Wenn erst mal eine gewisse Zahl von Privatverbrauchern, Hausbesitzern und Gewerbetreibenden ihren eigenen Strom produziere und weitgehend selbst verbrauche, werde sich die Entwicklung nicht zurückdrehen lassen.

Kurz: „Ich sehe nicht, dass in einem zivilisierten und demokratischen Land wie Deutschland die dezentrale Stromversorgung aufzuhalten ist.“ Die richtige Speichertechnologie ist der letzte Schlüssel dazu.

 

Forschung für Märkte

Das Karlsruher Institut für Technologie versteht sich als Forschungseinrichtung, die technologische Entwicklungen mit Blick auf deren Marktfähigkeit vorantreibt und der Wirtschaft qualifiziert zuarbeitet. „Die Ergebnisse unserer Arbeit sollen helfen, wirtschaftliche Potenziale zu entwickeln und auszuschöpfen“, so Olaf Wollersheim. „Wir bieten dem Markt gut ausgebildete Studenten, und die Industrie bekommt von uns praxisorientierte Forschungsergebnisse sowie funktions- und marktfähige Prototypen und Technologien.“

Für viele seiner Entwicklungen vergibt das KIT Lizenzen. Sie sollen Industrieunternehmen in die Lage versetzen, mit überschaubarem Forschungsaufwand in die Serienproduktion zu gehen. „Die Systeme, die wir lizenzieren, sind sicher. Wir achten auf Wirtschaftlichkeit und Produktionsfähigkeit – und wir prüfen auch, dass für die jeweils benötigten Schlüsselkomponenten qualifizierte Lieferanten zur Verfügung stehen.“

 

Stadtbus mit E-Antrieb

Derzeit entwickeln Wissenschaftler am KIT einen Stadtbus mit Elektroantrieb. In spätestens zwei Jahren soll das Projekt marktreif sein. Unter anderem beteiligt sich der Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik (BST) am Projekt „PRIMOVE Mannheim“, bei dem es unter anderem um den Einsatz von induktiv ladenden E-Bussen im urbanen Verkehr geht. Im Rahmen des Projekts setzen die Rhein-Neckar-Verkehrsbetriebe (RNV) seit vergangenem Jahr auf der Mannheimer Buslinie 63 zwei rein elektrisch betriebene Busse ein, die an ausgewählten Haltestellen induktiv Energie nachtanken.

 

 

Kasendorf, 02. Juli 2015. ait-deutschland zählt zu den herausragenden Herstellern von Wärmepumpen und Kältemaschinen in Europa. Das Unternehmen entwickelt und produziert in Deutschland und vertreibt sein breit gefächertes Produktportfolio unter den Marken alpha innotec, NOVELAN und KKT chillers. Mit Standorten in Deutschland und den USA sowie einem weltweiten Servicenetzwerk ist KKT chillers ein vollwertiger Global Player im Chiller-Markt.

Ab Januar 2016 verschärft die Bundesregierung über die Energieeinsparverordnung, kurz EnEV, zum wiederholten Male die energetischen Anforderungen an Neubauten. Damit gewinnt die Wärmepumpe als effizientes und ressourcenschonendes Heizsystem weiter an Bedeutung.

Unter der Marke alpha innotec vermarktet ait-deutschland in ganz Europa ein breites Sortiment, bestehend aus vier Wärmepumpen-Serien in vielen unterschiedlichen Leistungsgrößen. Als Partner von Installationsbetrieben und Wärmepumpen-Vollsortimenter kombiniert die Marke ihre Spitzentechnologie mit exzellenten Serviceleistungen. Kurz: „alpha innotec – the better way to heat“.

Zu den Highlights zählt die brandneue Sole/Wasser-Produktfamilie alpha innotec alterra. Diese Geräte nutzen Erdwärme zum Heizen, Kühlen und Bereiten von Brauchwarmwasser und gehören zu den effizientesten Systemen, die es derzeit am Markt gibt.

Absolute Verkaufsschlager sind die Dualen Luft/Wasser-Wärmepumpen LWD der Reihe alpha innotec alira, die mit Energie aus der Umgebungsluft arbeiten. Dritte Produktfamilie ist alpha innotec aquaterra. Diese Geräte gewinnen die Wärme für Heizung und Warmwassererzeugung aus dem Grundwasser.

Speziell für den Einsatz in gewerblichen oder industriellen Großobjekten konzipiert sind die Profi-Sole/Wasser-Wärmepumpen der Serien alterra pro und alira pro. Sie zeichnen sich durch besonders hohe Leistung, flexible Einsatzmöglichkeiten und ein großes Sortiment an Wärmepumpen-Zubehör sowie Lüftungs- und Solarkomponenten aus.

Das neue EU-Energielabel, das ab September 2015 verbindlich ist, bescheinigt allen alpha innotec Wärmepumpen im Verbund mit dem alpha innotec Regler Spitzenwerte in Sachen Energieeffizienz.

NOVELAN – Wärmepumpen für jeden Bedarf
Unter der Marke NOVELAN bietet ait-deutschland eine Vielzahl an Modellen unterschiedlicher Größe. Ihnen gemeinsam ist eine hohe Energieeffizienz, wie auch hier das neue EU-Energielabel belegt.

NOVELAN vertreibt seine Produkte, Lösungen und Systeme konsequent dreistufig über den Großhandel. Das System der Marke besticht durch Einfachheit, Leistungsfähigkeit und Effizienz. Dies gilt auch für die professionelle, praxisnahe Unterstützung seiner Partner. Kurz: NOVELAN bietet genau das, was Wiederverkäufer, Installateur und Kunden brauchen.

Zu den modernsten und nachhaltigsten Heizsystemen am Markt zählen die neuen Sole/Wasser-Wärmepumpen von NOVELAN. Sie arbeiten mit Erdwärme als Energiequelle. Besonders starker Nachfrage erfreuen sich die Dualen Wärmepumpen der LAD-Familie von NOVELAN, die ihre Heizenergie aus der Umgebungsluft beziehen. Auch die Brauchwarmwasser-Wärmepumpen von Novelan heizen das Brauchwasser mit Wärme aus der Umgebungsluft auf, während die Wasser/Wasser-Wärmepumpen Energie aus dem Grundwasser nutzen.

KKT chillers – Erfolgskonzept
Ob Maschinenkühlung, Warmwasserbereitung, Energiespar-Systeme oder Anwendungen im Hochtemperaturbereich – die Produktpalette der Marke KKT chillers reicht von serienorientierten Standardgeräten bis zu maßgeschneiderten Sonderanfertigungen.

Die kleinen aber feinen Standard-Chiller der Nano-Line sind vor allem für die Werkzeugmaschinen- und Laserbranche konzipiert. Diese Baureihe im Leistungsbereich von 1 bis 6 kW ist die Allround-Lösung für die verschiedenartigsten Anwendungsgebiete. Mit der Vario-Line bietet KKT chillers acht Kältemaschinen, die ihre Leistung automatisch an den Bedarf anpassen und daher besonders präzise und kostensparend arbeiten. Für maximale Leistung auf minimalem Raum konzipiert sind die Geräte der Compact-Line von KKT chillers.

Die perfekte Synergie aus Kälte und Wärme bietet die KKT-Produktreihe THERMODYNAMIXX. Sie bietet Heiz- und Kühllösungen für industrielle und gebäudetechnische Anwendungen im Leistungsbereich von 200 bis 1.000 kW, außerdem Energiesparsysteme, Wärmerückgewinnung, passive Wärmetauscherstationen oder Wassermanagementsysteme mit dem dazugehörigen Dienstleistungsangebot.

Hinweis für die Redaktion:

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Über ait-deutschland (www.ait-deutschland.eu):

ait-deutschland gehört zu NIBE Energy Systems, einem führenden europäischen Lieferanten für nachhaltige Energielösungen. Seit Gründung des Unternehmens im Jahr 1998 entwickelt ait-deutschland seine Produkte konsequent weiter und richtet sie immer neu an den Marktbedürfnissen aus. Mit Erfolg: Heute gehört das Unternehmen mit rund 450 Mitarbeitern und Niederlassungen in der Schweiz und Schweden europaweit zu den Marktführern für Wärmepumpen. Das Unternehmen vertreibt seine Produkte, insbesondere Wärmepumpen und Kühlsysteme, unter den Marken alpha innotec, Novelan und KKT chillers. Derzeit gehen die Produkte in mehr als 20 europäische Länder, ait-deutschland befindet sich weiter auf Expansionskurs. Geschäftsführer ist Clemens Dereschkewitz.

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