Die Grundstoffindustrie als Rückgrat der industriellen Produktion basiert seit Beginn der Industrialisierung in der Mitte des 19. Jahrhunderts auf der Verfügbarkeit von fossilen Rohstoffen (z.B. Eisenerz und Kalk) und Energieträgern (heute Erdölderivate, Erdgas und Kohle) als wichtigen Standortfaktoren. Der zum Erreichen der Nachhaltigkeitsziele notwendige schnelle Übergang zu zirkulärem Wirtschaften bei gleichzeitig stattfindendem Umbau des Energiesystems hin zu CO2-neutralen Technologien verändert beide Standortfaktoren fundamental. Die unumgängliche Trans-formation des industriellen Systems bis 2050 ist disruptiv und erfordert daher die simultane infra-strukturelle und technologische Anpassung.

Einen grundlegenden und unumgänglichen Trend stellt hierbei die Dezentralisierung der Produktion dar. Dies ist eine Konsequenz der lokalen Verfügbarkeit der zu recycelnden Materialien und hilft transportbedingte CO2-Emissionen zu vermeiden. Die gleichzeitig ablaufende Dezentralisierung der Stromerzeugung durch erneuerbare Energien ist in der infrastrukturellen und technologischen Umsetzung zu berücksichtigen.

Ein zweiter Trend ist die Dekarbonisierung industrieller Prozesse durch den Umstieg auf strom- oder wasserstoffbasierte Technologien. Charakteristisch ist hier die Substitution fossiler Energie-träger durch elektrische Energie in der Prozesswärmeerzeugung, bspw. durch den Einsatz von Wärmepumpen. Analog zur Wärmewende für Wohngebäude ist davon auszugehen, dass auch bei industriellen Prozessen der Einsatz von Wärmepumpen bis 2050 stark zunehmen muss. Anders als im Wohngebäudebereich werden dort aber Hochtemperaturwärmepumpen benötigt, deren Entwicklung bei Weitem nicht so vorangeschritten ist wie herkömmlicher Wärmepumpen.

Der Umstieg auf strombasierte Prozesse bewirkt einen deutlich erhöhten elektrischen Energiebedarf und damit eine zunehmende Belastung des Energienetzes. Allerdings ist davon auszu-gehen, dass sich letztere durch verteilte Erzeugung und Verbrauch senken lässt. Zum einen können Netzausbaukosten reduziert werden, zum anderen bieten kleinere Prozessunits größeres Potenzial für Demand-Side-Management und können dadurch Beiträge zur Netzstabilisierung liefern

Das vorliegende Innovationspool-Projekt betrachtet die „Industrielle Transformation 2050“ unter dem Blickwinkel des infrastrukturellen und technologischen Redesigns der energieintensiven Grundstoff- und verarbeitenden Industrien. Hierbei werden Wechselwirkungen zwischen den Verteilnetzen für Energie, Materialien und CO2 untersucht. Dazu werden Methoden und Modelle entwickelt, die zukünftige Materialkreisläufe (Basismetalle, Zement, Kohlenstoffträger) und deren notwendige Infrastrukturen zu einem Gesamtsystem verknüpfen. Hinsichtlich der Energiebedarfe wird eine Analyse bzgl. des zu erwartenden Zuwachses an elektrischer Energie durch technologische Umstellung und deren Flexibilisierungspotenzial an prototypischen Prozessen erarbeitet. Auf Basis technoökonomischer Analysen werden Szenarien unter geografischer Lokalisierung zukünftiger energieintensiver Industriestandorte erarbeitet und bewertet.