Takeda setzt auf Industriewärmepumpen zur Dampferzeugung

Das japanische Arzneimittelunternehmen Takeda ist in 80 Ländern weltweit tätig – so auch in der österreichischen Hauptstadt Wien: Dort sind rund 3.000 Mitarbeitende in den Bereichen Forschung & Entwicklung, Plasmaaufbringung, in der Produktion und in der Patientenversorgung tätig. Am Produktionsstandort in Wien liegt der Schwerpunkt auf der Herstellung von plasma-basierten Medikamenten für die Behandlung von seltenen und komplexen Erkrankungen. Ein Aspekt gilt in diesem wie in fast jedem anderen Unternehmen der Chemie- und Pharmabranche: Der Energiebedarf ist sehr hoch – vor allem mit Blick auf die Erzeugung von Prozesswärme, Prozessdampf und -kälte.

Chemische Zwischenprodukte und fertige Medikamente müssen einerseits gekühlt werden, andererseits benötigt Takeda in der Produktion Hitze und Dampf für biochemische Reaktionen und zur Sterilisierung. Bislang hat Takeda in Wien seinen Wärmebedarf an einem seiner größten Standorte mit Erdgas gedeckt – das ändert sich jedoch in diesem Jahr: Im Rahmen des von Takeda und dem AIT Austrian Institute of Technology initiierten AHEAD-Projekts (Advanced Heat Pump Demonstrator) ist SPH der Hersteller und Lieferant einer Hochtemperatur-Industriewärmepumpe zur Dampferzeugung, die den Bedarf an Erdgas signifikant reduziert.

Bislang decken europäische Arzneimittelproduzenten ihren Prozesswärmebedarf fast ausschließlich mit Erdgas. Takeda möchte allerdings aufzeigen, dass sinnvolle Ergänzungen und leistungsfähige Alternativen zu fossilen Energieträgern schon heute verfügbar und wirtschaftlich sind: „Wir sind davon überzeugt, dass die Voraussetzung für ein gesundes Leben ein gesunder Planet ist. Daher haben wir uns ambitionierte Umweltziele für eine nachhaltigere Arzneimittelproduktion gesetzt, die Netto-Null-Treibhausgasemissionen bis 2040 entlang unserer Wertschöpfungskette beinhalten. Für die Erreichung dieser Ziele evaluieren und implementieren wir stetig neue Technologien.“, erklärt Maria Löflund, Vorstand bei Takeda in Österreich und Leiterin der Wiener Produktionsstandorte. „AHEAD ist ein wichtiger Schritt auf diesem Weg, da wir mit diesem Forschungsprojekt zeigen können, dass 80 Prozent der Emissionen an einem unserer Standorte durch innovative Technik und natürliche Kältemittel reduziert werden können. Das wird beispielgebend für andere Takeda-Standorte und ein Vorzeigemodell für die gesamte Arzneimittelindustrie sowie andere Branchen.“

Ziel war es also, bei der Prozesswärmeerzeugung auf fossile Energieträger wie Erdgas zu verzichten, den CO₂-Ausstoß erheblich zu senken und somit die CO₂-Emissionen für einen der größten Produktionsstandorte in Wien um bis zu 80 Prozent zu reduzieren. Die Voraussetzungen bei Takeda waren dabei vielversprechend: Eine bereits in Betrieb befindliche, CO₂-freie Energiezentrale ist in Wien für die zentralisierte Kälteerzeugung zuständig. Die Anlage arbeitet mit 100 Prozent natürlichen Kältemitteln. Die zentralisierte Abwärme aus der Kälteanlage bietet eine gute Grundlage zur Wärmerückgewinnung. Eine bereits vorhandene Wärmepumpe erhitzt die Abwärme weiter auf 65 bis 70 Grad Celsius, um Heißwasser für die Gebäudebeheizung des Standorts bereitzustellen.

Das Thermbooster™-System, das Takeda als das Kernstück des AHEAD-Projekts bezeichnet, nutzt die vorhandene Wärme des Heißwassersystems und wertet diese in einem entscheidenden Schritt weiter auf: Die Hochtemperaturwärmepumpe nutzt das Heißwasser als Wärmequelle, um Dampf bei rund 115 Grad Celsius zu erzeugen. In einem nachgeschalteten Prozess verdichtet ein Dampfkompressor den Dampf auf die bei Takeda erforderlichen 11 bar (a), so dass der Sattdampf 184 Grad Celsius erreicht – ein typisches Temperaturniveau in der biopharmazeutischen Industrie. Der Dampfkompressor ermöglicht aber die Erhöhung auf bis zu 200 Grad Celsius in Form von Sattdampf oder überhitztem Dampf. Das System kann zudem ohne weitere Entwicklung so erweitert werden, dass es Temperaturen von 200 bis 260 Grad Celsius bereitstellen kann.

Die Anlage erzeugt rund 2,5 Tonnen Heißdampf pro Stunde, was einer Wärmeleistung von 1,7 Megawatt entspricht. Die CO₂-Emissionen an einem der größten Produktionsstandorte von Takeda in Wien lassen sich so um bis zu 80 Prozent reduzieren, zudem ermöglicht das System für etwa sieben Monate im Jahr eine nahezu CO₂-freie Dampferzeugung. Pro Jahr werden so bis zu 1.600 Tonnen Kohlendioxid eingespart. Die Thermbooster™-Anlage bei Takeda nutzt die natürlichen Kältemittel Butan und Wasser, die mit einem Global Warming Potential (GWP) von 0 (Wasser) und 0.006 (Butan) extrem klimafreundlich sind. Zudem sind die natürlichen Kältemittel PFAS-frei und somit besonders umweltfreundlich und zukunftsfähig. Auch die Kältemittel, die in der bestehenden Kälteanlage zum Einsatz kommen, haben ein GWP von 0.

Der Thermbooster™ soll künftig auch andere Industriesektoren dekarbonisieren

Das von Takeda und dem AIT durchgeführte AHEAD-Forschungsprojekt wurde im Rahmen der Initiative „NEFI – New Energy for Industry“ durch den Klima- und Energiefonds, dotiert aus Mitteln des Bundesministeriums für Innovation, Mobilität und Infrastruktur, gefördert. Das Forschungsprojekt umfasst die Entwicklung eines Konzepts zur Implementierung des Thermbooster™-Systems an weiteren Takeda-Standorten in Österreich und weltweit sowie andere Industriesektoren. Der Thermbooster™ demonstriert das Dekarbonisierungspotenzial der SPH-Wärmepumpentechnologie für andere Industriesektoren mit einem hohen Bedarf an Prozesswärme und -dampf, darunter die Papier-, Chemie- und Lebensmittelindustrie.

Das AHEAD-Projekt wurde bereits mit dem Net-Zero Industries Award 2023 der globalen Initiative „Mission Innovation – Net-Zero Industries“ ausgezeichnet. Die Initiative zeichnet Lösungen und Innovationen aus, die den Einsatz von Dekarbonisierungstechnologien in der Industrie beschleunigen. Eine unabhängige, internationale Expertenjury wählte die Preisträgerinnen und Preisträger aus fast 70 Einreichungen aus, dabei gewann das Projekt AHEAD den nationalen Preis in der Kategorie „Herausragende Projekte“. Zudem wurde das Projekt auf der UN-Klimakonferenz COP28 präsentiert und ist Teil des Österreich-Pavillons der Weltausstellung Expo 2025 in Osaka, Japan.

SPH freut sich sehr darüber, als Technologieentwickler, Lieferant und Konsortialpartner an dem Projekt beteiligt zu sein und durch die Zusammenarbeit einen entscheidenden Beitrag zur Transformation hin zu einer klimaneutralen und wirtschaftlichen Prozesswärmeversorgung leisten zu können.