30.05.2022

So viel Energie könnte die Industrie durch Digitalisierung sparen

Eine kürzlich abgeschlossene Studie der Österreichischen Energieagentur und des Fachverbandes der Elektro- und Elektronikindustrie zeigt das Einsparungspotenzial durch digitale Technologien in der Industrie bis 2040 auf. Laut Prognose könnte der Energieverbrauch um 15 Prozent reduziert werden.
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(c) AdobeStock

Digitalisierung und die Anwendung von IKT könnten nachhaltig ausgerichtet einen wichtigen Beitrag zur Energiewende und Klimaschutz in Österreich leisten. Zu diesem Schluss kommt eine im April 2022 abgeschlossene Studie der Österreichischen Energieagentur und des Fachverbandes der Elektro- und Elektronikindustrie. In der Analyse werden die Potenziale für eine Energieeinsparung und Treibhausgas-Emissionen durch Digitalisierungsanwendungen in Österreich im Jahr 2040 untersucht. Neben den Bereichen Verkehr, Haushalt, Dienstleistungen, Landwirtschaft nimmt die Studie auch Bezug auf den Sektor der Industrie.

Energieeinsparung durch Prozessautomatisierung & digitale Zwillinge

Im Rahmen der Studie wird unter anderem die Automatisierung von Prozessen, Digitalisierung von Motorensystemen, der Einsatz von Industrierobotern & digitalen Zwillingen sowie die additive Fertigung (3D-Druck) berücksichtigt. Vergleichsweise hohe Einsparungspotentiale sind demnach im Bereich der Prozessautomatisierung und beim Einsatz von digitalen Zwillingen zu erwarten, wobei die Einsparungspotentiale anhand von drei Szenarien (siehe Min, Max, Min) prognostiziert werden. Im Referenzszenario, welches als Basis für die Berechnungen der Digitalisierungseffekte dient, wird laut der Energieagentur bereits eine weitreichende Unabhängigkeit von Öl, Kohle und Erdgas (Dekarbonisierung) bis zum Jahr 2040 berücksichtigt.

(c) Austrian Energy Agency

Durch den Einsatz von Simulationen und digitalen Zwillingen könnten laut der Prognose im Maximal-Szenario bis zu 4000 Gigawattstunden Energie eingespart werden, was einer Einsparung von rund zehn Prozent entspricht. Dazu heißt es: „Digitale Zwillinge können durch Simulation die Produktqualität erhöhen und Produktionsprozesse verbessern oder Produktionsprozesse schneller und optimiert gestalten. Dies kann zu einer Steigerung der Energie und Ressourceneffizienz führen“. Bei der Prozessautomatisierung beträgt das Einsparungspotential bis zu 15 Prozent.

Auch in Bezug auf das Einsparungspotential von Treibhausgas-Emissionen nimmt die Studie Bezug. Die 4000 Gigawattstunden würden demnach rund eine Million Tonnen an CO2-Äquivalenten entsprechen. Aktuell beträgt der Ausstoß der Industrie in Österreich laut Umweltbundesamt rund 35 Millionen Tonnen an CO2-Äquivalenten.

Plattform Industrie 4.0

Welche Potentiale die Industrie 4.0 für eine ressourceneffizienten Wirtschaft haben kann, wird aktuell auch von Expert:innen am 6. Summit Industrie 4.0 diskutiert. Im Vorfeld der Konferenz wurden unter anderem aktuellen Aktivitäten rund um die Plattform Industrie 4.0 vorgestellt, die sich hierzulande seit ihrer Gründung im Jahr 2015 als Kompetenzträger zum Thema Industrie 4.0 etabliert hat. Die Plattform zählt aktuell rund 70 Mitglieder:innen – darunter die wichtigsten Institutionen und Unternehmen aus Politik, Wissenschaft, Wirtschaft, Arbeitgeber- und Arbeitnehmerseite. Erst im vergangen Jahr wurde eine eigene Expertengruppe für „Ressourcen- und Energieeffizienz“ geschaffen. Diese soll nun weitere Handlungsvorschläge für die Industrie erarbeiten.


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Strom aus Wind und Sonne braucht Speicher. Für sie entwickelt das Projekt Phoenics neue Batteriezellen. Konzeptbild, mit KI erstellt. | (c) Virtual Vehicle
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Wind und Sonne liefern Strom, wann sie wollen, nicht wann ihn jemand braucht. Diese Lücke schließen Batteriespeicher. Sie werden damit zur Schlüsseltechnologie der Energiewende. Genau hier setzt Phoenics an: Ein steirisches Konsortium entwickelt die nächste Generation von Lithium-Ionen-Zellen für stationäre Speicher.

Koordiniert wird das Projekt von der Virtual Vehicle Research GmbH in Graz. Partner sind Varta Innovation, die Materials Center Leoben Forschung GmbH (MCL) und AVL List. Phoenics läuft 36 Monate und kostet 2,9 Millionen Euro. Knapp zwei Millionen davon kommen von der FFG, aus der Ausschreibung „Energieforschung 2024″.

Ein Material, zwei Ziele

Im Zentrum steht ein Kathodenmaterial: Lithium-Mangan-Eisenphosphat, kurz LMFP. Es ist eine Weiterentwicklung des etablierten Lithium-Eisenphosphats (LFP). LFP-Zellen gelten als sicher und robust, und sie kommen ohne kritische Rohstoffe wie Kobalt oder Nickel aus. LMFP soll zusätzlich bis zu 20 Prozent mehr spezifische Energiedichte liefern. Auf gleichem Bauraum ließe sich damit mehr Energie speichern.

Diesen Materialvorteil will das Konsortium in die fertige Zelle bringen. Die Zielmarken: 20 Prozent mehr Energiedichte, 40 Prozent längere Lebensdauer.

Was noch offen ist

Bis dahin bleiben Fragen. Wie verhält sich das Material über die Lebensdauer, wie altert es, und lässt es sich industriell verarbeiten und skalieren?

Das Konsortium kombiniert deshalb Experiment und Simulation. Die Partner untersuchen das Kathodenmaterial über den gesamten Lebenszyklus, mit Materialcharakterisierung, hochauflösender Bildgebung und KI-gestützter Auswertung. Parallel entstehen physikbasierte und datengetriebene Modelle. Sie bilden das Verhalten der Zelle von der Mikrostruktur bis zum kompletten Speichermodul ab und sollen Entwicklungszyklen verkürzen.

„Die Mikrostruktur von Elektrodenmaterialien beeinflusst maßgeblich Leistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Batteriezellen“, sagt Roland Brunner, Gruppenleiter am MCL.

Ein eigener Schwerpunkt gilt der Sicherheit. Spezielle Testverfahren sollen zeigen, ob LMFP-Zellen den Anforderungen an Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit genügen. AVL bringt dafür seine Erfahrung in der elektrochemischen Modellierung ein. Verbinde man physikalische Modelle mit Methoden des maschinellen Lernens, ließen sich kritische Betriebszustände und Sicherheitsaspekte frühzeitig vorhersagen, sagt Roland Wanker, Geschäftsbereichsleiter Advanced Simulation Technologies bei AVL.

Aufbauen statt neu anfangen

Phoenics setzt die Zusammenarbeit aus dem Vorgängerprojekt OpMoSi fort. „Unsere Stärke liegt darin, modernste Simulations- und Analysemethoden mit industrieller Entwicklungskompetenz zu verbinden“, sagt Projektleiter Philip Kargl von Virtual Vehicle.

Varta Innovation steuert die Fertigungsseite bei, von der Materialentwicklung über die Elektrodenfertigung bis zur Zellintegration. Großes Potenzial sehen die Partner vorerst bei stationären Speichern. Langfristig könnten die Ergebnisse auch der Elektromobilität nützen.

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