Energiewende wird zur Belastungsprobe

Franz Haseidl, IGS, ist einer der Autoren der Aktuellen Studie im Auftrag des Deutschen Brauer-Bundes

Aktuelle Studie von IGS

Um eine Brauerei komplett auf alternative Prozesse umzustellen, müssen unter den gegebenen Rahmenbedingungen große Teile einer Brauerei von Grund auf neu strukturiert werden. Dies wird ohne staatliche Anreize und Förderprogramme nicht möglich sein, so das Ergebnis einer aktuellen Studie von IGS im Auftrag des Deutschen Brauer-Bundes. Experten sehen die Braubranche vor einem gewaltigen Umbruch und einer enormen Belastungsprobe, vor allem kleine und mittlere Brauereien werden langfristig mit der Transformation zu kämpfen haben.

Mit Blick auf das gesetzlich verankerte Ziel der Klimaneutralität hatte der Deutsche Brauer-Bund e.V. (DBB) die IGS GbR mit der Durchführung einer Studie zur energetischen Transformation der deutschen Brauwirtschaft beauftragt. IGS ist seit mehr als 30 Jahren als Ingenieurbüro im Bereich der Energie- und Umwelttechnik in erster Linie für Brauereien und Mälzereien tätig.

Hintergrund sind die seit dem Jahr 2019 in Deutschland gültigen gesetzlichen Rahmenbedingungen des Klimaschutzgesetzes. Darin ist festgeschrieben, dass vollständige Klimaneutralität bis 2045 erreicht werden muss, bis 2030 ist eine Reduzierung der Treibhausgas(THG)-Emissionen um 60 Prozent gegenüber dem Referenzjahr 1990 gefordert.

Lösungsmöglichkeiten auf Grundlage von Leitstudien

Auf Grundlage von landesweit durchgeführten Leitstudien wurden Auswirkungen auf den deutschen Industriesektor untersucht und Lösungsmöglichkeiten speziell für die Brauwirtschaft aufgezeigt. Auf Grundlage des energetischen Ist-Zustands der Braubranche wurde abgeleitet, in welchem Zeitraum, in welchem Umfang und unter Zuhilfenahme welcher Maßnahmen der Transformationsprozess gelingen kann. Als Ergebnis wurden zentrale Konzepte vorgestellt und besonders relevante Schwerpunktthemen, wie Konzepte zur alternativen Wärmeversorgung, genauer betrachtet.

Verlauf der in den KNS prognostizierten Nettostromerzeugung bis zum Jahr 2045; unten: residualer Stromimport

Konzepte der energetischen Transformation

Ganzheitliche Lösungsansätze für den Standort Deutschland zur energetischen Transformation sind in den umfangreichen Klimaneutralitätsszenarien von fünf großen Leitstudien aus Wirtschaft, Bundesorganen und Academia dargestellt [1-8].

Dies wurde in der erstellten Studie in Bezug auf die Sektoren Industrie und Energieerzeugung ausgewertet. Einzelne Teilaspekte davon werden im Folgenden in verkürzter Form aufgezeigt.

Übereinstimmend wird in allen Leitstudien die große zukünftige Bedeutung von Strom betont. In allen Szenarien wird die verbrauchte Strommenge bis 2045 stark ansteigen u. a. durch die Verdrängung fossiler Feuerungswärme und die Elektrifizierung thermischer Prozesse.

Erneuerbare Energien zur Kapazitätsgrenze ausbauen

Um die Kosten bei so hohem Strombedarf in vertretbarem Rahmen zu halten, wird vor allem der maximale und schnellstmögliche Zubau erneuerbarer Energien - Photovoltaik (PV) und Windkraft - bis an die Kapazitätsgrenze gefordert. Studien des Fraunhofer-Instituts zeigen in diesem Zusammenhang, dass die Stromgestehungskosten bei Neuanlagen für PV und Windkraft bereits heute günstiger sind als für fossile Gas- und Dampfkraftwerke. Laut Hochrechnungen können die Stromkosten dadurch langfristig in der Größenordnung von vor der Energiewende gehalten werden (vorausgesetzt die nötige Infrastruktur steht zur Verfügung) [9, 10].

Die inländische Stromerzeugung wird allerdings selbst bei maximalem Zubau nicht ausreichen, um deutschlandweit energieautark zu werden. Es verbleibt ein gewisser Anteil an Primärenergie, der in geeigneter Form (Strom, H2, etc.) importiert werden muss.
In den Szenarien der Leitstudien wird erneuerbarer Strom ebenfalls eingesetzt, um energiereiche Moleküle für Folgeanwendungen zu produzieren (Wasserstoff aus Elektrolyse als prominentestes Beispiel). Es existieren technologische Möglichkeiten, um in der Kaskade Strom - Wasserstoff - Methan - Kraftstoffe - chem. Grundstoffe ein sehr breites Spektrum an Grundstoffen ausgehend von erneuerbarem Strom herzustellen. Es wird jedoch empfohlen, Energieträger möglichst vom Anfang der Kaskade zu verwenden, da mit jedem zusätzlichen Schritt der Verarbeitungsaufwand und damit die Kosten des Energieträgers steigen.

Biomasse und biogene Brennstoffe

In Bezug auf Biomasse zeigen sich ebenfalls eindeutige Ergebnisse. In keinem der Szenarien wird eine signifikante Steigerung der Energiegewinnung aus Biomasse prognostiziert. Als Argumente hierfür werden zum einen ökologische Gründe, vor allem aber die mangelnde Flächeneffizienz der Energiepflanzenkultivierung angeführt (Flächeneffizienz von Biomasse um den Faktor 15 bis 18 niedriger als bei PV und Wind). Somit ist Stromerzeugung im Allgemeinen gegenüber dem Anbau von Energiepflanzen zu bevorzugen [5,8,10].

Stark verändern wird sich die Art und Verwendung biogener Brennstoffe. Zukünftig sollen vor allem Rest- und Abfallstoffe genutzt werden, um industrielle Prozesse zu versorgen, nicht wie bisher Energie- und Nutzpflanzen für den Energie- und Gebäudesektor. Bei Holzbiomasse sind die Potenziale langfristig durch den Holzzuwachs beschränkt. Mittelfristig kann von aktuell hohen Holzbeständen im Forst profitiert werden, vor allem in ländlichen Regionen mit lokalen Versorgungsstrukturen.

Entwicklung der spezifischen Energiebedarfswerte

Energiebedarf der deutschen Brauwirtschaft

Die erstellte Studie beschreibt den Status quo der deutschen Industrie sowie der deutschen Brauwirtschaft insbesondere in Bezug auf verwendete Energieträger und die CO2-Bilanz. Nebenstehende Abbildung zeigt in diesem Zusammenhang Ergebnisse der Auswertung von spezifischen Energiebedarfswerten deutscher Brauereien.

Grundlage der Statistik ist der Betriebevergleich Energie, den IGS seit 1992 für ca. 300 Brauereien durchgeführt hat, mit über 1200 Einzelauswertungen. Für die teilnehmenden Brauereien stellen die gewonnenen Kennzahlen eine wichtige Einordnung des energetischen Ist-Zustands dar. Durch das standardisierte Verfahren sind diese Informationen gut vergleichbar und kostengünstig zugänglich. In der Vergangenheit wurden zahlreiche Ansatzpunkte zur energetischen und technologischen Optimierung von Betriebsabläufen dadurch identifiziert und umgesetzt.

Es ist u. a. zu erkennen, dass der spezifische Wärmebedarf zwischen 1992 und 2000 im Brauereidurchschnitt um 25 Prozent reduziert werden konnte und seither stagniert (aktuelle Zahlen der internen IGS-Statistik bis zum Jahr 2021 bestätigen dies). Aus den jeweiligen Bestwerten der einzelnen Betriebsgrößenklassen und den langjährigen Erfahrungswerten von IGS bei Energieberatungen wurde abgeleitet, dass zukünftig bei konsequenter Umsetzung von Effizienzmaßnahmen eine Wärmeeinsparung von durchschnittlich mehr als 20 Prozent möglich ist. Stromseitig wird das Einsparpotenzial auf ca. fünf Prozent geschätzt.

Effizienzmaßnahmen wurden in der Vergangenheit aufgrund günstiger Primärenergiepreise oftmals aus kurzfristig gedachten wirtschaftlichen Gründen sehr zögerlich umgesetzt. Da effiziente Produktionsstrukturen ihre Wirksamkeit aber vor allem langfristig entfalten, sind heute diejenigen Betriebe im Vorteil, die frühzeitig und konsequent in die Umsetzung investiert haben. Mit den gestiegenen, stark schwankenden Energiepreisen gehen hohe Kosten und Planungsunsicherheiten einher. Dadurch sind zahlreiche Maßnahmen, die noch vor wenigen Jahren nicht umgesetzt wurden, heute, auch vor dem Hintergrund kurzfristiger Wirtschaftlichkeitskennzahlen, wesentlich positiver bewertet. Die Ansatzpunkte zur energetischen Optimierung in Brauereien werden in der Studie ausgeführt, sollten aber im Einzelfall individuell auf den jeweiligen Betrieb angepasst werden.

Matthias Kern, IGS, empfiehlt für Transformationskonzepte einen frühzeitigen Start mit betriebsspezifischen Konzepten

Herangehensweise für die Brauwirtschaft

Die Ausführungen zeigen, dass die energetische Transformation mit großen Veränderungen auch in der Brauwirtschaft einhergehen wird. Der zeitliche Verlauf und die einzelnen Ausprägungsformen stehen - Stand heute - nicht final fest. Allerdings prognostizieren die Studien, dass ein frühzeitiger Start mit einem individuellen, betriebsspezifischen strategischen Konzept großes Potenzial zur langfristigen Schaffung von Wettbewerbsvorteilen bei Effizienz, Kosten und Öffentlichkeitsdarstellung besitzt.
Bei der technischen Umsetzung zeigt sich, dass die Energieversorgung insgesamt komplexer und vielschichtiger wird. Folgende grundlegende Ansatzpunkte sollten die Brauereien verfolgen:

• Erhalt und Ausbau der Eigenstromproduktion so weit möglich;
  Teilweise Elektrifizierung von thermischen Prozessen, je nach Verfügbarkeit von erneuerbarem Strom;
  Ausschöpfen von Effizienzpotenzialen zur Senkung des Energiebedarfs;
• Verwertung von Reststoffen (z. B. Treber, Hefe, Abwasser, Ethanol);
• Bestmögliche Ausnutzung bestehender Technologien zur Erzeugung und Nutzung erneuerbarer Energien (Best Practice); neue Technologien regelmäßig prüfen;
• Einbindung von Speicherkonzepten zur zeitlichen Entkoppelung von Energieerzeugung und -verbrauch;
• Zukünftig Berücksichtigung alternativer Brennstoffe nach Verfügbarkeit.

Elektrifizierung thermischer Prozesse

Aufgrund der prognostizierten zukünftigen Bedeutung von Strom wurden in der Studie die Möglichkeiten der Elektrifizierung thermischer Prozesse betrachtet. Die Verwendung von Elektrodampfkesseln und Wärmepumpen ist bekannt und technologisch erprobt. Entscheidend in diesem Zusammenhang sind die Temperaturniveaus in der jeweiligen Brauerei - diese müssen im Einzelfall angepasst werden. Speichersysteme sorgen für eine zeitliche Entkoppelung von Erzeugung und Verbrauch. Ein Zubau von Photovoltaik auf allen geeigneten Flächen ist Grundvoraussetzung für eine partielle stromseitige Autarkie.

In geeigneten Fällen kann (Holz-)Biomasse einen Grundbaustein der Wärmeversorgungen darstellen. Holzfeuerungsanlagen haben inzwischen eine lange Marktverfügbarkeit und sind derzeit, aufgrund günstiger Biomassepreise im Fall von Holzhackschnitzeln (Restholz), wirtschaftlich interessant.

Autarkiegrad erhöhen

Um die externe Energiezufuhr weiter zu minimieren, müssen die Stoffströme innerhalb der Brauerei bestmöglich ausgenutzt werden. In diesem Zusammenhang wurden erreichbare Autarkiegrade berechnet bei Verwertung anfallender Reststoffe. Im Abwasser enthaltene Reststoffe können mit Hilfe unterschiedlicher Technologien (mit teilweise langer Markterfahrung) in Energie umgewandelt werden und 5 bis 15 Prozent der Energie ersetzen. Die Nutzung flüssiger Reststoffe aus Entalkoholisierungsanlagen erhöhen die energetische Autarkie um bis zu 25 Prozent, je nach AfB-Anteil der Brauerei und eingesetztem Verfahren. Der größte Energiegehalt steckt in den festen Brauereireststoffen, allen voran Treber. Durch deren Umsetzung kann die Autarkie um bis zu 50 Prozent gesteigert werden.

Vollständige energetische Autarkie (wärme- und stromseitig) ist mit Ausnahme von Einzelfällen allerdings nicht anzustreben. Ein gewisser Anteil zugekaufter erneuerbarer Energie ist aus wirtschaftlicher und ökologischer Betrachtung zumeist zu bevorzugen, um den Investitions- und Anlagenaufwand in akzeptablen Grenzen zu halten.

Die Optionen ergebnisoffen prüfen

Neben den bereits bekannten und etablierten Technologien zeigt die erarbeitete Studie von IGS und DBB, dass in Forschung und Entwicklung an zahlreichen Lösungen gearbeitet wird, und dass daraus vielversprechende Umsetzungsmöglichkeiten mit unterschiedlicher Marktreife existieren. Hier gilt es, im Einzelfall die technologische Reife und die individuelle Eignung für den eigenen Betrieb zu prüfen. Bioraffinerien, Hydrothermale Carbonisierung, Brennstoffzellen, neue Konzepte zur Kraftwärmekopplung mit erneuerbaren Energien/Biomasse/Reststoffen stellen hier nur einige der verfügbaren Möglichkeiten dar. Mit diesen Werkzeugen scheint die energetische Transformation zumindest aus technologischer Sicht machbar.

Wichtig für die Betriebe ist die individuelle, ergebnisoffene Überprüfung der Optionen. Lösungen, die in der Vergangenheit aus kurzfristiger Sicht wenig sinnvoll erschienen, sind heute nicht nur wirtschaftlich attraktiv, sondern zukünftig auch notwendig, um vorgeschriebene Grenzwerte einzuhalten, CO2-Abgaben zu reduzieren und gesetzlichen Verpflichtungen nachzukommen.

Die flächendeckende Transformation bleibt eine riesige Herausforderung

Ausgehend von der derzeitigen Kostensituation stellt sich die finanzielle Machbarkeit einer flächendeckenden Transformation im Brausektor sehr schwierig dar. Im Vorteil sind Großbetriebe, die die Transformation aufgrund der meist vorhandenen personellen und finanziellen Ressourcen über einen 20-Jahres-Zeitraum vermeintlich leichter stemmen können. Kleine und mittelständische Brauereien hingegen sehen erheblichen Problemen entgegen. Steigender Kostendruck, sinkende Absatzzahlen der Branche sowie Großkonzerne mit Preissetzungsmacht erschweren das Erwirtschaften der nötigen freien Geldmittel. Weitere Betriebsschließungen könnten drohen. Neben der Eigeninitiative der Betriebe werden also vor allem politische Rahmenbedingungen und Planungssicherheit entscheidend sein, um die Braubranche in ihrer Vielschichtigkeit und Diversität zu erhalten. Von öffentlicher Seite müssen dringend Voraussetzungen geschaffen werden, die allen Betrieben, die mit der nötigen Ernsthaftigkeit und Priorität an dieses Thema herangehen, das Bestehen dieser großen Herausforderung ermöglichen.

Forderungen und Ausblick

Folgende Forderungen lassen sich aus den Ergebnissen der Leitstudien ableiten, um Betrieben ein Gelingen der Transformation zu ermöglichen:

• Abbau bürokratischer Hürden: Vereinfachung von Genehmigungen, Ensembleschutz bei PV, Nutzung von Alkohol als Brennstoff, Verkürzung der Bearbeitungszeiten von Förderanträgen, etc.;
• Aufbau von Infrastruktur: Elektrizität, Gase/Wasserstoff und Wärme zur flächendeckenden Versorgung der Betriebe mit erneuerbaren Energien;
• Investitionsförderungen bei Eigenstrom und dezentraler Energieerzeugung;
• Einheitliche Biomassestrategie: effiziente Ausnutzung biogener Energieträger und Verwertung von Reststoffen sicherstellen;
• Kostendeckende Bezahlung: Kosten für THG-Emissionen auf Konsum umlegen und Kostengerechtigkeit verbessern;
• Anreize schaffen: Höhe von Zusatzkosten und Förderungen an Effizienzpotenzial und THG-Minderung der Maßnahmen koppeln;
• Aus technologischer Sicht ist eine Transformation möglich, doch Gesellschaft und Unternehmen müssen dafür gewonnen werden, nur so wird die Akzeptanz gestärkt;
• Ausbau der Beratungsmöglichkeiten zur fachlichen Unterstützung der Betriebe bei individuell ausgestalteten Konzepten;
• Langfristig angelegte und verlässliche Fördervoraussetzungen schaffen, um Planungssicherheit wiederherzustellen.

Einige der genannten Punkte werden bereits umgesetzt. So haben produzierende Unternehmen seit Ende 2021 die Möglichkeit, umfangreiche Transformationskonzepte fördern zu lassen (bis zu 50.000 EUR). Energieaudits sind für KMU ebenfalls förderfähig. Investitionen können vor allem über das Bundesamt für Wirtschaft- und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bezuschusst werden, es stehen aber auch regionale und EU-Fördermittel zur Verfügung.

Ein erster Schritt auf dem Weg zur THG-neutralen Produktion muss für das Unternehmen immer die Erfassung des Ist-Zustands sein (Energie und CO2-Ausstoß). Darauf aufbauend sollte ein Leitfaden mit konkret zu definierenden Maßnahmen und Meilensteinen entwickelt werden. Beispielhaft ist hier das Transformationskonzept der Flensburger Brauerei [12]. Anhand eines solchen Leitfadens kann der Transformationsprozess strukturiert und trotzdem flexibel angegangen werden.

Dieser Beitrag beruht auf dem in BRAUWELT Nr. 11, 2024, S. 387-391 erstmals erschienenen Fachartikel. Dort finden Sie auch das umfangreiche Quellenverzeichnis.