Das Einsparen von Energie ist ein essentieller Schritt, um den Klimawandel zu bekämpfen, Ressourcen zu schonen, die Gesundheit zu schützen und die Wirtschaft nachhaltig zu fördern. Es ist eine gemeinsame Verantwortung die Energieeffizienz zu erhöhen und eine nachhaltige Energiezukunft zu gestalten.
Dieser Verantwortung möchte auch die Fraunhofer Gesellschaft nachkommen und hat es sich zum Ziel gesetzt, bis 2030 klimaneutral zu werden. Hierfür wurde ein übergeordneter Maßnahmenkatalog entwickelt, mit dem die ambitionierten Klimaschutzziele erreicht werden können.
Ein wichtiger erster wichtiger Schritt ist die Umstellung auf Strom von regenerativen Energiequellen. Gleichzeitig ist der Energiemarkt geprägt durch starke Preisschwankungen, die auch zukünftig nicht ausgeschlossen werden können.
Starke Preisschwankungen am Energiemarkt stellen vor Herausforderungen
Zu besonders energieintensiven Bereichen gehören die Reinraumflächen. Umfangreiche Lüftungstechnik, Heizung, Kühlung, Feuchteregulierung u.v.m. tragen zu einem erheblichen Energiebedarf bei. Während im Neubau die Berücksichtigung der Energieeffizienz eine große Rolle spielt, schlummern im Bestand erhebliche Energieeinsparpotenziale.
Hierzu wurde ein internes Fraunhofer Projekt ins Leben gerufen, an dem sich aktuell 22 Fraunhofer-Institute und Einrichtungen mit Reinraumbetrieb beteiligen. Sie repräsentieren mehr als 30.000 m² Reinraumfläche für die unterschiedlichsten Fachrichtungen von der Mikroelektronik, Nanotechnologie, Medizin, Pharmazie, Schicht- und Oberflächentechnik, Optische Systeme, Plasmatechnik, Produktionstechnik bis hin zur Batteriefertigung usw. Die Projektlaufzeit läuft in der ersten Stufe bis Ende des Jahres 2023.
Um eine Grundlage für die Entwicklung energieeffizienter Reinräume bei Fraunhofer zu schaffen stehen gleich mehrere Projektziele im Fokus, die durch das Fraunhofer Klimamanagement, die Bauabteilung, die Reinraum-Institute und das jeweilige Projektteam begleitet werden:
Die Analyse des Ist-Zustands in den Reinräumen bei Fraunhofer wurde im ersten Schritt erfasst und quantifiziert. Daraus konnten erste Einsparpotenziale sowie die dazu benötigten Schritte (technisch, baulich, organisatorisch) ermittelt und die dafür notwendigen finanziellen Mittel abgeschätzt werden. Darauf aufbauend wurden spezifische Maßnahmen unter Berücksichtigung der individuellen Nutzung festgelegt. In einem detaillierten Maßnahmenplan wurde die Herangehensweise mit vier Arbeitspaketen festgehalten.
Die Ist-Situation wurde durch speziell entwickelte Fragebogen ausgewertet und die Ergebnisse wurden in Tabellen und Grafiken aufbereitet und visualisiert. Diese bilden die Basis für die Ableitung von Handlungsempfehlungen für die Reinraum betreibenden Fraunhofer Institute.
Im zweiten Arbeitspaket wurden Best-Practice-Beispiele innerhalb und außerhalb der Fraunhofer Gesellschaft gesichtet. Mithilfe entwickelter Projektsteckbriefe und einer Projektmatrix wird das Projekt parallel begleitet und die gewonnenen Ergebnisse werden in einer digitalen Broschüre für den Wissenstransfer visualisiert.
Im laufenden dritten Arbeitspaket steht die Machbarkeitsstudie zu den energieeffizienten Reinräumen bei Fraunhofer im Vordergrund. Dabei werden die Fraunhofer-Reinräume in Parameter wie Baujahr, ISO-Klasse, Fläche, Energiebedarf etc. geclustert. Neben einer Auswahl von repräsentativen Reinräumen und deren Bewertung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen sollen die Einsparpotenziale und die daraus resultierenden CO2-Vermeidungskosten ermittelt werden.
Die Ergebnisse aus Szenarioanalysen für unterschiedliche Randbedingungen münden schließlich in Handlungsempfehlungen, die wiederum in einer Roadmap aufgestellt werden.
Im abschließenden Arbeitspaket des Projektes erfolgt die Zusammenstellung von Hilfsmitteln für energieeffiziente Reinräume bei Fraunhofer als eine Art Werkzeugkasten. Diese Toolbox soll die Fraunhofer Institute mit Reinraumbetrieb bei ihren Herausforderungen unterstützen und sie wegweisend bei der individuellen Umsetzung zu höherer Energieeffizienz begleiten. Durch den Kontakt zu spezialisierten Ingenieurbüros und baulichen Reinraum-Komponentenhersteller etabliert sich eine Wissensplattform, auf deren Grundlage umfassend hochwertige Umsetzungsstrategien zur Energieeffizienzsteigerung für Fraunhofer-Reinräume intern, aber auch für die Industriebetriebe extern erarbeitet und umgesetzt werden können.
Die Reinräume bei Fraunhofer bieten der Industrie ausgezeichnete Möglichkeiten, Forschung parallel zur Produktion durchzuführen und Produktionsabläufe zu optimieren. Ein Ziel ist die reibungslose Integration der Forschungsergebnisse in den Produktionsbetrieb, um Ausfallzeiten zu minimieren. Energieeffizienz steht im Mittelpunkt, wobei spezifische Reinraumkomponenten je nach Fachgebiet optimiert werden. Die Erkenntnisse aus der energetischen Optimierung der Fraunhofer-Reinräume dienen als wertvolle Grundlage für energieeffiziente industrielle Reinraumnutzung.
Energieeffizienz to go am Fraunhofer IPA – Die CAPE®-Familie
In der Abteilung Reinst- und Mikroproduktion des Fraunhofer IPAs wird die CAPE®-Familie entwickelt, die im Vergleich zu herkömmlichen Reinräumen nicht nur hinsichtlich Flexibilität und Modularität konkurrenzfähig ist, sondern auch deutlich energieeffizienter.
Durch die Möglichkeit, den Reinraum bei Nichtbenutzung einfach abzuschalten und bei Bedarf innerhalb kürzester Zeit wieder in Betrieb zu nehmen, wird Energie eingespart und die Sauberkeit innerhalb weniger Sekunden wiederhergestellt. Die integrierten FFU's (Fan Filter Units), die für eine gerichtete Strömung sorgen, minimieren den Energieverlust aufgrund extrem kurzer Versorgungswege. Zusätzlich benötigen die CAPE®-Systeme lediglich eine Energieleistung die über haushaltübliche Stromversorgungssysteme bereitgestellt werden.
Das hat eine Minimierung von bis zu 70% zur Folge.
Durch die flexible und individuell anpassbare Bauweise können die CAPE®-Systeme exakt auf die Größe gebaut werden, die für den Anwendungszweck benötigt wird. Durch diese Vorgehensweise wird ausschließlich der tatsächlich benötigte Flächenbereich in einen Reinraum umgewandelt, was zu einer erheblichen Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs führt. Benötigt man zu einem späteren Zeitpunkt mehr Platz, besteht jederzeit die Möglichkeit zu erweitern.
In verschiedenen Bereichen wird intensiv an der Verbesserung der Energiebilanz gearbeitet und gezielte Einsparungen werden umgesetzt, um eine energieeffizientere Gestaltung der tatsächlich benötigten Reinraumfläche zu erreichen. Die mobile Lösung des CAPEs® stellt ebenfalls einen positiven Beitrag dar, da Unternehmen dadurch nicht nur ihre finanziellen Ressourcen schonen, sondern auch einen Beitrag für die Umwelt leisten können.
