Ein Landkreis in Minnesota steht vor der Herausforderung, sein gut gewartetes Fernwärmesystem zu dekarbonisieren

Erstveröffentlichung

• Die Vision eines Bezirks in Minnesota, ein Fernwärmesystem mit 15 Gebäuden zu dekarbonisieren, stehe in naher Zukunft vor wirtschaftlichen und praktischen Schwierigkeiten, sagten zwei am Projekt beteiligte Personen Anfang des Monats auf der Jahreskonferenz der International District Energy Association.
• Ein völliger Verzicht auf Dampf sei nicht machbar, da ein großes Sicherheitskrankenhaus der größte Abnehmer des gut gewarteten Dampfkreislaufs des Hennepin County-Systems sei . Zudem wäre die Umstellung auf Elektrokessel wahrscheinlich unerschwinglich teuer, sagt James Bohn, Geschäftsführer von FVB Energy.
• Längerfristig plant Hennepin County, eine geplante große Krankenhauserweiterung mit einem elektrisch betriebenen Wärmetauschersystem zu versorgen, das durch den aktuellen Mix aus elektrischen und fossilen Brennstoffen betriebenen Geräten unterstützt wird und das schließlich mit erneuerbarem Erdgas betrieben werden könnte, wenn sich Märkte für diesen Brennstoff entwickeln, sagte Bohn.

Das Hennepin County Energy Center versorgt sechs kreiseigene Gebäude und mehrere Privatkunden in der Innenstadt von Minneapolis, darunter auch das Krankenhaus, mit Hochdruckdampf und Kaltwasser. Der größte Landkreis Minnesotas will die Umweltbelastung der Anlage langfristig reduzieren und strebt eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 45 % bis 2030 und Netto-Null-Emissionen bis 2050 an.

Bohns Analyse berücksichtigte eine Reihe potenzieller Optionen für eine kurzfristige Dekarbonisierung, darunter Verbesserungen der Gebäudeeffizienz, alternative Dampfquellen und die Umstellung von Dampf auf einen Heißwasserkreislauf, sagte er.

Da Minnesota seinem gesetzlichen Ziel, bis 2040 100 % CO2-freie Elektrizität zu erzeugen , näher kommt, sei es verlockend, sich auf die Elektrifizierung eines möglichst großen Teils des Systems zu konzentrieren, sagte Bohn. Die strengen Zuverlässigkeitsanforderungen des Krankenhauses und die Verwendung von Dampf für andere kritische Prozesse, wie beispielsweise die Instrumentensterilisation, machten es jedoch unpraktisch, kurzfristig auf Dampf zu verzichten, sagte er.

„Man kann nicht einfach in ein Krankenhaus gehen und sagen, wir werden Dinge ändern, und dann sind Sie die meiste Zeit wach“, sagte Bohn. „Es gibt wichtige Interessenvertreter, die mitbestimmen können.“

Der hohe Dampfverbrauch des Krankenhauses und der gute Zustand des Systems bedeuten, dass eine Umstellung auf Warmwasser kurzfristig nicht wirtschaftlich ist, sagt David McNary, stellvertretender Leiter der Umweltdienste der Umweltbehörde des Hennepin County.

„Dave hat bei der Wartung des Systems zu gute Arbeit geleistet“, scherzte Bohn.

Da eine vollständige Umstellung von Dampf auf Warmwasser derzeit nicht in Frage kommt, prüften Bohn und McNary, was nötig wäre, um die fossilen Brennstoffkessel der Anlage durch Elektrokessel zu ersetzen.

Sie kamen zu dem Schluss, dass dies unerschwinglich teuer wäre – etwa 480 Dollar pro Tonne eingespartem Kohlenstoff, so Bohn. Weder Minnesota noch die Vereinigten Staaten haben ein formelles CO2-Preissystem; die US-Umweltschutzbehörde unter Präsident Biden schlug einen CO2-Preis von 190 Dollar pro Tonne vor . Im Mai wies die Trump-Regierung die Bundesbehörden an, die Kosten der CO2-Emissionen in den meisten Fällen nicht mehr zu berücksichtigen.

Im Gegensatz zu den mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kesseln seien die beiden Dampfkühler von HCEC – die laut Bohn etwa 16 Prozent der von den Kesseln erzeugten Energie verbrauchen – ein vergleichsweise leichtes Ziel für die Dekarbonisierung.

Im nächsten Jahr beginnt der Landkreis mit der Planung für die Inbetriebnahme der York-Dampfkälteanlagen im Jahr 2029. Die voraussichtlichen Anschaffungskosten liegen bei etwa 9 Millionen Dollar und erfordern keine nennenswerten Infrastrukturverbesserungen, so McNary. Laut einer bei der Präsentation gezeigten Folie werden die neuen Kälteanlagen die direkten CO2-Emissionen der Anlage um 26 % senken.

Die Diskussion unter den Managern energieintensiver Anlagen hat sich von der Frage „Wie können wir jetzt 100 % CO2-frei werden?“ zu der Frage „Wie können wir 80 % des Weges dorthin kosteneffizient zurücklegen und dann die Dynamik beibehalten?“ verlagert, so Bohn.

Ein scheinbar einfacher Schritt, der die CO2-Emissionen von HCEC um 18 % senken könnte – die Beschaffung erneuerbarer Energien vom lokalen Energieversorger Xcel Energy –, steht laut Bohn noch aus. Ziel war es, 2023 mit den Käufen zu beginnen. Doch die Nachfrage nach sauberem Strom in der Region ist so hoch, dass Xcel weiterhin im Rückstand ist.

„Man füllt nicht einfach ein Formular aus und schickt es ab“, um den Fluss sauberer Elektronen in Gang zu setzen, sagte Bohn.

Die vollständige Dekarbonisierung des HCEC könnte laut McNary noch junge Technologien wie erneuerbares Erdgas, grünen Wasserstoff oder Kohlenstoffabscheidung erfordern. Der Landkreis erwägt den Bau einer anaeroben Faulanlage zur eigenen Erdgasversorgung, sagte er, müsse das Gas aber vorerst von Drittanbietern beziehen.

Das wäre teuer – zwischen zwei und über drei Millionen Dollar mehr pro Jahr als fossiles Gas, sagte McNary.

„Das ist im Grunde ein aussichtsloses Unterfangen“, sagte er. „Aber ich denke, es gibt ein Szenario, in dem RNG mit der Zeit billiger und rentabler wird. Wir treffen uns in fünf Jahren und sehen, was passiert.“