Dampferzeugende Wärmepumpen: Zeit für eine Neubewertung

Prozessdampf gehört zu den anspruchsvolleren Anwendungen bei der Dekarbonisierung industrieller Wärmeversorgung. Die erforderlichen Temperaturen sind hoch, gleichzeitig steht nutzbare Abwärme häufig auf deutlich niedrigerem Temperaturniveau zur Verfügung.

Noch vor wenigen Jahren waren Wärmepumpen für solche Anwendungen deshalb häufig eine eher theoretische Option. Das ändert sich gerade erstaunlich schnell. Beim Webinar „Steam Generating Heat Pumps“ der OST – Ostschweizer Fachhochschule in Buchs Ende September 2026 wurde deutlich, wie stark sich die Technik inzwischen entwickelt hat: Die Konzepte haben das Laborstadium verlassen, immer mehr geeignete Verdichter werden verfügbar und erste kompakte Systeme kommen auf den Markt.

Wasser als Kältemittel

Besonders interessant finde ich Konzepte, bei denen Wasser selbst das Kältemittel ist.

Das klingt zunächst ungewöhnlich, ist thermodynamisch aber naheliegend: Wenn am Ende ohnehin Wasserdampf benötigt wird, kann dieser direkt erzeugt und anschließend mechanisch auf das erforderliche Druck- und Temperaturniveau verdichtet werden. Dabei muss Wasser keineswegs erst bei 100 °C verdampfen. Durch entsprechenden Unterdruck kann die Verdampfung bereits bei wesentlich niedrigeren Temperaturen erfolgen. Bei 50 °C beispielsweise liegt der Sättigungsdruck nur bei rund 0,12 bar absolut.

Damit werden auch industrielle Abwärmeströme interessant, deren Temperatur deutlich unterhalb der benötigten Dampftemperatur liegt.

Zwei besonders interessante Konzepte

Steht Abwärme bereits auf ausreichend hohem Temperaturniveau zur Verfügung, kann damit Wasser direkt verdampft werden. Der entstehende Niederdruckdampf wird anschließend in einem Brüdenverdichter – häufig als MVR, Mechanical Vapor Recompression, bezeichnet – auf das benötigte Druckniveau verdichtet.

Abwärme → Verdampfer → Niederdruckdampf → MVR → Prozessdampf

Bei niedrigeren Quelltemperaturen kann eine zusätzliche Wärmepumpenstufe vorgeschaltet werden. Sie hebt die Abwärme zunächst auf ein Temperaturniveau, auf dem Niederdruckdampf erzeugt werden kann. Anschließend übernimmt wiederum die mechanische Dampfverdichtung.

Niedertemperatur-Abwärme → Wärmepumpe → Niederdruckdampf → MVR → Prozessdampf

Der zweite Weg ist aufwendiger, erweitert aber den Bereich der nutzbaren Wärmequellen erheblich.

Entscheidend ist der Temperaturhub

Wie bei jeder Wärmepumpe bestimmt vor allem der erforderliche Temperaturhub die Effizienz. Eine Wärmequelle mit 80 °C, aus der Prozessdampf mit 150 °C erzeugt werden soll, ist deshalb eine völlig andere Aufgabe als Abwärme mit 40 °C für denselben Prozessdampf. Interessant ist aber, welche Temperaturhübe inzwischen technisch erreichbar werden.

UPHEAT bietet beispielsweise mit dem T-1000M ein kompaktes System mit magnetgelagertem Turboverdichter im Leistungsbereich von etwa 0,7 bis 1,6 MW an. Für Wärmequellentemperaturen von 40 bis 60 °C und Ausgangstemperaturen bis 165 °C gibt der Hersteller selbst bei einem Temperaturhub von 105 K noch einen COP von 2,8 an.

Ein solcher COP klingt im Vergleich zu einer klassischen Niedertemperatur-Wärmepumpe zunächst nicht spektakulär. Für die Beurteilung muss man aber berücksichtigen, was ersetzt wird: hochwertige Prozesswärme, die heute sehr häufig mit Erdgas erzeugt wird. Aus 1 MWh Strom werden bei COP 2,8 rund 2,8 MWh Prozesswärme. Bei einem Industriestrompreis von beispielsweise 150 €/MWh entspricht das – noch ohne Kapital- und sonstige Betriebskosten – rund 54 €/MWh erzeugter Wärme.

Plötzlich wird aus einer technisch interessanten Lösung auch eine wirtschaftlich interessante.

Der Markt wird breiter

Dabei geht es nicht um einen einzelnen Hersteller. Auch etablierte Anbieter entwickeln Lösungen für industrielle Hochtemperatur-Wärmepumpen und Dampfverdichtung weiter. Vilter/Copeland bietet beispielsweise mit der VQ95 Systeme im MW-Bereich an. Gleichzeitig entstehen neue Anbieter und Verdichterkonzepte speziell für hohe Temperaturhübe. Das halte ich für mindestens ebenso wichtig wie einzelne Rekordwerte beim COP. Denn industrielle Anlagen müssen nicht nur effizient sein. Entscheidend sind auch verfügbare Leistungsgrößen, Regelbereich, Verfügbarkeit, Wartungsaufwand, Lebensdauer und letztlich die Investitionskosten.

Erst wenn mehrere Anbieter diese Technik serienmäßig anbieten, wird aus einer technisch möglichen Lösung eine belastbare Option für Industrieunternehmen.

Nicht jede Abwärmequelle eignet sich

Trotz aller Fortschritte gilt weiterhin: Eine dampferzeugende Wärmepumpe ist nicht automatisch sinnvoll, nur weil irgendwo Abwärme vorhanden ist.

Entscheidend sind unter anderem:

• Temperatur und zeitliche Verfügbarkeit der Wärmequelle,
• benötigter Dampfdruck und Dampfbedarf,
• erforderlicher Temperaturhub,
• mögliche Volllaststunden,
• Strom- und Gaspreis,
• notwendige Redundanz und Verfügbarkeit,
• Investitions- und Wartungskosten.

Gerade bei großen Temperaturhüben lohnt sich deshalb eine systemische Betrachtung. Manchmal ist eine direkte einstufige Lösung sinnvoll. Manchmal eine Kaskade. Und manchmal ist es wirtschaftlicher, zuerst zu prüfen, ob der benötigte Dampfdruck überhaupt so hoch sein muss.

Die vielleicht wichtigste Erkenntnis

Die Entwicklung dieser Technologie ist derzeit so schnell, dass eine wenige Jahre alte Machbarkeitsstudie bereits auf einer überholten technischen Basis beruhen kann. Ein Projekt, das 2023 oder 2024 wegen fehlender Verdichter, zu geringer Leistung, zu niedriger erreichbarer Temperatur oder unbefriedigender Effizienz ausgeschieden wurde, kann heute anders aussehen. Wer vor ein oder zwei Jahren eine dampfproduzierende Wärmepumpe geprüft und verworfen hat, sollte die Bewertung deshalb aktualisieren. Nicht weil Wärmepumpen inzwischen für jede Prozessdampfanwendung die richtige Lösung wären. Sondern weil sich die Grenze dessen, was technisch und wirtschaftlich möglich ist, gerade deutlich verschiebt.

Anlass für diese Notiz: Webinar „Steam Generating Heat Pumps“ der OST – Ostschweizer Fachhochschule, Buchs, 29. September 2026. Besonders hervorheben möchte ich die Arbeit von Cordin Arpagaus, Frédéric Bless, Stefan Bertsch und dem Team des IES, die seit Jahren wesentlich zur Entwicklung und Verbreitung des Wissens über industrielle Hochtemperatur-Wärmepumpen beitragen.