„Energieeffizienz ist ein Muss!“

Auf dem Weg in eine klimaneutrale und elektrifizierte Zukunft kommt der Energieeffizienz immer noch zu wenig Aufmerksamkeit zu, wie Dr. Jan-Henning Fabian, Leiter des ABB Forschungszentrums in Ladenburg, und Mike Umiker, Managing Director Energy Efficiency Movement bei ABB, im Interview deutlich machen. Sie erklären, warum die Energieeffizienz zum ersten Treibstoff der Elektrifizierung werden muss und wie viel Energie die Industrie heute schon wo einsparen kann.

Herr Dr. Fabian und Herr Umiker, die Energieeffizienz erlebt auch dank des Green Deals und den allerorts festgelegten Klimazielen immer mehr an Bedeutung. Welche zentralen Herausforderungen sehen Sie bei der Energieeffizienz im industriellen Umfeld?

Mike Umiker: Vor welchen Herausforderungen wir aktuell bei der Energieeffizienz stehen, zeigt unsere Energieeffizienz-Studie aus dem Jahr 2022 sehr gut. An dieser Studie haben über 2.000 Personen aus 13 Ländern teilgenommen. 80 % der Befragten sind in Unternehmen tätig mit mehr als 500 Mitarbeitenden und mehr als die Hälfte sind Führungskräfte oder C-Levels bzw. Eigentümer. Laut der Studie sind fast 60 % der befragten deutschen Personen der Meinung, dass Regierungen und Dritte nicht alle Informationen bereitstellen, die für mehr Energieeffizienz notwendig sind. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass nicht alle Unternehmen die Investitionen, die für eine effizientere Energienutzung notwendig sind, stemmen können. Die hohen Investitionskosten sind für 56 % und damit mehr als die Hälfte der Befragten die größte Hürde. Mehr als ein Drittel wissen aber auch schlicht und einfach nicht, wie sie mehr Energieeffizienz erreichen können.

Eigentlich überraschend bei den aktuellen Energiekosten.

Umiker: Ja, zumal hohe Energiepreise der Energieeffizienz in die Karten spielen, da der Return on Invest sehr viel schneller erreicht werden kann. Darüber hinaus hat die Energieeffizienz einen sofort messbaren Effekt und kann vor allem ohne bürokratischen Aufwand direkt umgesetzt werden. Es braucht in der Regel keine umfangreichen Genehmigungsverfahren.

Jan-Henning Fabian: Wenn wir uns den enormen Energieund Ressourcenverbrauch der industriellen Produktion anschauen, dann wird klar, warum wir uns auch auf Seiten der Forschung immer stärker mit der Energieeffizienz beschäftigen. Natürlich haben wir uns schon lange z. B. mit der mathematischen Optimierung und der Datenanalyse befasst, aber jetzt nimmt das Thema aufgrund des technologischen Fortschritts durch beispielsweise verteilte Sensorik im Feld enorm Fahrt auf. Auch analytische KITechnologien spielen hier aktuell eine große Rolle, ganz zu schweigen von Generative AI, die aktuell in aller Munde ist.

Welchen Einfluss wird KI in Zukunft auf die Energieeffizienz haben?

Fabian: KI ist der Schlüssel, um die Optimierung auf die nächste Stufe zu heben. Das steht fest und daran gibt es nichts mehr zu rütteln. Die KI-basierte Erkennung von optimalen Betriebspunkten aber auch von Anomalien bietet sicherlich enormes Potenzial auch für die Energieeffizienz. Natürlich beschäftigen wir uns nicht erst seit Kurzem mit diesem Thema, sondern bereits seit einigen Jahren. Die gesteigerte Aufmerksamkeit in jüngster Zeit ist auf das wachsende Interesse an generativer KI zurückzuführen.

Umiker: Wir sehen den Effekt von KI auf die Energieeffizienz ganz deutlich, wenn wir auf den Gebäudesektor schauen. Dort können mit einem digitalen Gebäudemanagement und der KI-basierten Steuerung der Heizungs- und Lüftungsanlagen rund ein Viertel der Energiekosten und sogar fast 40 % der Emissionen eingespart werden. Gerade wenn es um die Energieeffizienz geht, werden generell Gebäude oft noch stark vernachlässigt.

Warum?

Umiker: Eine gute Frage. Das Potenzial ist in jedem Fall riesig, wie ein Whitepaper des World Economic Forum jetzt gezeigt hat. Dort wird von einem Energieeinsparpotenzial von 38 % allein im Gebäudebereich gesprochen, erst dahinter folgt die Industrie mit 29 %.

Welche Industriebranchen sehen Sie im Kontext der Energieeffizienz vorne?

Umiker: Natürlich sind alle energieintensiven Industrien darauf bedacht, Energie einzusparen. Besonderes Engagement stellen wir aber derzeit im Bergbau fest. In einem Projekt in einer Kupfer- und Goldmine in Sambia beispielsweise testen wir gerade elektrisch betriebene Muldenkipper, die dort perspektivisch die Dieselfahrzeuge ersetzen sollen. Auch die Lüftungssysteme in den Stollen unter der Erde können noch weiter effektiviert werden. In einem anderen Projekt konnten wir z. B. durch die modellbasierte Optimierung der Lüftung Einsparungen von etwa zwei Millionen Dollar pro Jahr für den Minenbetreiber erzielen. Trotzdem ist es industrieübergreifend so, dass der Energieeffizienz noch nicht genug Aufmerksamkeit zukommt.

Hat ABB auch deshalb die „Energieeffizienz-Initiative“ ins Leben gerufen?

Umiker: Ja, genau das war der Hintergedanke. Wir brauchen mehr Aufmerksamkeit für die Energieeffizienz in der Industrie, weshalb wir das Forum 2021 gegründet haben. Uns geht es dabei vor allem darum, Gleichgesinnte zusammenzubringen und den technologischen Austausch zu fördern. Wir versuchen gemeinsam die Frage zu beantworten, welche Lösungen es auf dem Markt gibt und wie wir sie am besten einsetzen können, um Energie einzusparen und Emissionen zu reduzieren. Inzwischen sind fast 500 Firmen Teil der Bewegung. Neben großen Tech-Konzernen sind auch kleinere Mittelständler dabei und allein in Deutschland haben sich mehr als 50 Unternehmen bereits angeschlossen.

Links: Mike Umiker, Managing Director des Energy Efficiency Movement bei ABB; Rechts: Jan-Henning Fabian, ABB

Was konnten Sie bislang seit der Gründung bewegen?

Umiker: Ein sehr großer Meilenstein für uns war in jedem Fall unser Report „The Case for Industrial Energy Efficiency“. Zusammengefasst ist das ein 10-Punkte-Plan, mit dem sich der Energieverbrauch bis 2030 bereits um 11 % reduzieren lässt. Die International Energy Agency (IEA) hat den Report sogar in ihren jährlichen Bericht aufgenommen und dort beschrieben. Das mag erstmal nach nicht viel klingen, ist aber enorm wichtig, um der industriellen Energieeffizienz wieder mehr Aufmerksamkeit Teil werden zu lassen. Dass uns das bereits zwei Jahre nach der Gründung gelungen ist, bestätigt außerdem, wie wichtig unsere Arbeit ist. Wir werden mehr und mehr zu einem Knowledge Hub, der zum Wissensaustausch anregen möchte.

Ist dieser Austausch der erste Schritt zu mehr Energieeffizienz oder was würden Sie Unternehmen raten?

Umiker: Natürlich ist ein Austausch mit anderen Unternehmen hilfreich, allerdings steht aus meiner Sicht immer ein Energie-Audit am Anfang. Man braucht einen belastbaren Ausgangspunkt, um die darauf aufbauenden Energieeffizienz-Maßnahmen bewerten zu können. Deshalb sind konkrete Projekte, wie etwa eine bessere Vernetzung der Assets durch Digitalisierung z. B., erst danach sinnvoll.

Wie groß ist der Effekt der Digitalisierung eigentlich auf die Energieeffizienz?

Fabian: Die Digitalisierung entlang der Wertschöpfungskette fängt jetzt so richtig an. Deswegen ist sie aus meiner Sicht auch ein zentraler Treiber der Energieeffizienz. Durch z. B. einen herstellerübergreifenden Zugriff auf Daten über die Verwaltungsschale können Einsparpotenziale gehoben werden. Ein gutes Beispiel dafür ist der digitale Produktpass, der über den ganzen Lebenszyklus hinweg etwa den CO2-Fußabdruck bereitstellen kann. Der digitale Zwilling insgesamt wird ebenfalls dazu beitragen, Energie einzusparen, wie wir bereits in einigen Konsortialprojekten gemeinsam mit Zulieferern und Anwendern gezeigt haben.

Umiker: Gerade wenn es um die Digitalisierung geht, stellen wir auch im Kontext der Energieeffizienz häufig fest, dass die notwendigen Technologien bereits alle vorhanden sind. Sie werden aber aus verschiedenen Gründen nicht immer konsequent eingesetzt. Allein durch eine bessere Konnektivität der Assets untereinander konnten wir beispielsweise in einigen Projekten zeigen, dass der Energiebedarf einzelner Geräte um rund 30 % reduziert werden kann.

Was sich hochgerechnet auf eine gesamte Produktionsanlage durchaus lohnt.

Umiker: Absolut. Generell ist es so, dass durch die Vernetzung im Rahmen früherer IoT-Projekte heute schon ausreichend Datenquellen zur Verfügung stehen, um auch die Energieeffizienz voranzutreiben. In diesen früheren Projekten wurde die Verknüpfung von Energie, Nachhaltigkeit und CO2 allerdings noch nicht so sehr in den Vordergrund gestellt. Es ging eher z. B. um die Preventive Maintenance und die Verfügbarkeit von Assets und nicht unbedingt um die Frage „Wird die Anlage energetisch effizient gefahren?“ Heute können wir diese Frage mit den gleichen Daten beantworten.

Dennoch entfällt auf Elektromotoren fast die Hälfte des weltweiten Stromverbrauchs. Können wir diesen enormen Energiehunger nur durch Effizienzmaßnahmen entscheidend reduzieren?

Fabian: Die Energieeffizienz allein reicht zugegeben vielleicht nicht aus, aber durch neue Designs von Elektromotoren oder Leistungshalbleitertechnologien z. B. sind moderne Antriebe deutlich effizienter als ältere Geräte. Nicht ohne Grund erreichen State-of-the-Art-Motoren viel bessere Werte und werden höheren Effizienzklassen zugeordnet.

Umiker: Die Einsparungen können aber schon massiv sein. Im Vergleich zu einem Elektromotor der Energieeffizienzklasse 2 verbraucht ein elektrischer Antrieb der höchsten Energieeffizienzklasse 5 rund 50 % weniger Strom. Auch gegenüber einem Motor der Klasse 4 beträgt die Einsparung immer noch rund 20 %. Das ist schon ein riesiger Hebel.

Der aber mit enormen Investitionen verbunden ist, da der komplette Motor ausgetauscht werden muss.

Umiker: Die Kosten für solche Maßnahmen sind, wie schon zu Anfang gesagt, eine große Hürde. Allerdings rentiert sich der Austausch recht schnell. Für kleinere Motoren in Lüftungs- und Klimasystemen z. B. in der Regel bereits schon nach einem Jahr.

Zumal ein geringerer Energieverbrauch auch mit geringeren Treibhausgasemissionen einhergeht.

Umiker: So ist es. Ein Motor kann ohne Probleme rund 20 Jahre in Betrieb sein, was je nach Betriebsmodus einen CO2-Ausstoß von etwa 100 Tonnen bedeutet. Ein effizienterer Antrieb kann diesen Wert zusätzlich erheblich reduzieren. Gerade bei Elektromotoren wird vor allem der Effekt von Frequenzumrichtern unterschätzt. Aktuell ist unseren Informationen nach nur rund ein Viertel der eingesetzten Antriebe mit Frequenzumrichtern ausgestattet. Auch hier schlummern ungeahnte Potenziale. Im Vergleich zum normalen Wechselstrom-Betrieb können mit Frequenzumrichtern im Durchschnitt noch einmal 15 % Strom gespart werden.

Fabian: Ein anderer Weg zu mehr Effizienz ist neben sparsameren Technologien natürlich auch eine verstärkte Automatisierung. Einen Frequenzumrichter z. B. kann ich schalten und optimieren. Das ist für einzelne Assets möglich, lässt sich aber auch auf das gesamte System erweitern. So kann viel Energie gespart werden. Außerdem wäre es mit Blick auf die Lebenszyklen von Motoren von ca. 20 Jahren wenig nachhaltig, einfach immer wieder die nächste Generation nachzurüsten.

Trotzdem brauchen wir für die All Electric Society und um von fossilen Energien wegzukommen doch viel mehr elektrische Motoren. ABB hat vorgerechnet, dass sich die Zahl der Elektromotoren bis 2040 verdoppeln wird. Ist die Energieeffizienz dann nicht nur ein Tropfen auf den heißen Stein?

Umiker: Nein, die Grundvoraussetzung für das Gelingen der Elektrifizierung der Industrie sind energieeffiziente Systeme. Denn so viel Strom, wie anderenfalls notwendig wäre, können wir gar nicht erzeugen, schon gar nicht aus regenerativen Quellen. Deswegen muss die Energieeffizienz der erste Treibstoff der Elektrifizierung sein, wie es die IEA erklärt hat. Konkret bedeutet das: Erst wenn alle Optimierungsmöglichkeiten erschöpft sind, sollte über neue zusätzliche Energieerzeugungskapazitäten nachgedacht werden. Nicht ohne Grund haben sich auf der UN-Klimakonferenz Ende 2023 in Dubai 132 Nationen verpflichtet, die Energieeffizienz zu verdoppeln und die Menge der erzeugten erneuerbaren Energie sogar zu verdreifachen.

Ist es aus Ihrer Sicht realistisch, dass wir so den Energiehunger der Industrie langfristig stillen können?

Umiker: Ich persönlich denke, dass das von der IEA propagierte Net-Zero-Szenario erreicht werden kann. Die Prognosen geben das her. Allerdings müssen dafür alle Beteiligten an einem Strang ziehen. Allein bis 2050 wird laut der IEA ohne fossile Energien rund 42 % weniger Energie verfügbar sein. Das bedeutet, dass wir an allen Stellen über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg energieeffizienter werden müssen. Es wird einfach nicht ohne massive Einsparungen gehen.

Energieeffizienz wird damit zu dem entscheidenden Faktor der Elektrifizierung und damit auch der Klimaneutralität.

Fabian: Richtig und genau deswegen wird es so wichtig sein, in Zukunft immer Cradle-to-Cradle zu denken und die Kreislaufwirtschaft weiter voranzutreiben. Alles, was wir am Ende eines Produktlebenszyklus recyclen können, muss nicht neu produziert werden und spart so nicht nur Energie, sondern logischerweise auch Treibhausgase ein. In unserer Partnerschaft mit einem Recyclingunternehmen haben wir herausgefunden, dass zehn Tonnen recycelte Motoren rund 30 Tonnen CO2-Emissionen einsparen können.

Umiker: Fest steht, wenn wir uns lediglich auf die Substitution von fossilen Brennstoffen durch erneuerbare Energie verlassen, werden wir nicht weit kommen. Nur mit klimafreundlicher Energie werden wir es nicht schaffen, wenn nicht auch alle Verbraucher energieeffizient sind. Der gemeinsame Nenner der Elektrifizierung und der Klimaneutralität ist die Energieeffizienz.

Es führt also kein Weg an ihr vorbei?

Umiker: Energieeffizienz ist ein Muss!

ZUR PERSON

Dr. Jan-Henning Fabian
Nach einem Physik-Studium an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel schloss Dr. Jan-Henning Fabian
im Jahr 2001 seine Promotion an der Universität Basel ab. Anschließend startete er seine Forschungskarriere
bei ABB in der Schweiz am Forschungszentrum in Baden-Dättwil. Seit April 2014 ist er als Leiter des ABB
Forschungszentrums in Ladenburg tätig.

Mike Umiker
Seit Juni 2023 ist Mike Umiker Managing Director des Energy Efficiency Movement bei ABB. Nach seiner Ausbildung zum Automatisierungstechniker und einem Bachelor-Studium „Power Processing“ in der Schweiz
begann er seine Karriere als Ingenieur bei ABB. Nach verschiedenen Tätigkeiten im Sales kam er 2018 in
den Geschäftsbereich „Motion“, wo er vor seiner jetzigen Position als globaler Head of Marketing and Sales
Operations tätig war.

Das "Energy Efficiency Movement"

Das „Energy Efficiency Movement“ begreift sich als Forum, das gleichgesinnte Interessengruppen zusammenbringt, um Innovationen und Maßnahmen für eine energieeffizientere Welt zu entwickeln. Ins Leben gerufen wurde es 2021 von ABB und inzwischen sind 485 Unternehmen aus 43 Ländernund 22 Industrien beigetreten. Durch Innovation, den Austausch von Wissen und Erkenntnissen, den Einsatz verfügbarer energieeffizienter Technologien, intelligente Investitionen und die richtigen Vorschriften und Anreize will das Forum die Energieeffizienz optimieren und den Fortschritt in Richtung einer kohlenstofffreien Zukunft für alle beschleunigen. Die Bewegung fördert den Einsatz energieeffizienter Lösungen und Technologien, um Energie zu sparen, Kosten zu senken und die CO2-Emissionen zu reduzieren. Außerdem will sie als „Stimme der Industrie“ in Sachen Energieeffizienz fungieren.

Die Energieeffizienz-Initiative: Alles zur Bewegung gibt es auf der Website des Forums: www.
energyefficiencymovement.com