Steigerung der Energieeffizienz in der Industrie - Einsparungen durch Automatisierung

2. Hintergründe zur Relevanz von Energieeffizienz

Bis zum Jahr 2045 sollen nach dem Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG) die Treibhausgasemissionen Deutschlands so weit reduziert werden, dass Netto-Treibhausgasneutralität erreicht wird [2]. Zentrale Bausteine der Energiewende in Deutschland sind dabei zum einen der Ausbau der erneuerbaren Energien und zum anderen die Energieeffizienz [3]. Gemäß der Studie „Energieeffizienzstrategie 2050“ des BMWK wird somit eine deutliche Bedarfsreduktion bei den Endnutzern erwartet [4]. 

Im Jahr 2023 betrug der Anteil des Sektors Industrie am Gesamtendenergiebedarf in Deutschland nach Umweltbundesamt 27,5 % [5]. Für eine Transformation hin zur Treibhausgasneutralität muss entsprechend auch der Endenergiebedarf in der Industrie (635 TWh/a [6]) reduziert und mit erneuerbaren Energien gedeckt werden. Der Endenergiebedarf der Industriewird dabei maßgeblich durch den Anwendungsbereich Prozesswärme bestimmt. Dieser nimmt einen Anteil von 67,5 % der Endenergie ein [7], [8]. Insbesondere in der Kurzstudie „Energieeffizienzmaßnahmen in der Industrie“ [9] werden große Energieeinsparpotenziale in diesem Anwendungsbereich abgeschätzt, die in der Kurzstudie „Energieeffiziente und CO2-freie Prozesswärme“ [10] detaillierter beschrieben werden. 

In den Studien [1], [10] wird Prozesswärme dabei nach Temperaturniveaus klassifiziert und der Endenergiebedarf der Prozesswärme von etwa 460 TWh/a auf diese Niveaus aufgeteilt. Grundlage für die Klassifizierung ist eine Auswertung im Auftrag des Umweltbundesamts [11]. Neben einer Aufteilung in verschiedene Temperaturbereiche erfolgt hierbei auch eine Zuordnung der Endenergieverbräuche je nach Branche. Hierdurch können die Einsparpotenziale unter Berücksichtigung der Anwendungen/Prozesse und anhand von entsprechenden Referenztechnologien abgeschätzt werden. 

3. Endenergieeinsparpotenzialeund die Rolle der Automatisierung

Die Kurzstudie [1] ermittelt ein kumuliertes wirtschaftliches Endenergieeinsparpotenzial (d. h. Umsetzung von Maßnahmen mit positivem Kapitalwert) von 263 TWh/a, das mit einer Investitionssumme von insgesamt 104 Mrd. € zu heben ist. Dabei lassen sich die berücksichtigten Maßnahmen in Maßnahmenbündel zusammenfassen. Abbildung 2 visualisiert die wirtschaftlichen Endenergieeinsparpotenziale verschiedener Anwendungsbereiche (Fläche der Kreise proportional zum Zahlenwert in TWh/a), die entsprechende Investitionssummen (x-Achse) und die durchschnittliche Amortisationszeit aller Maßnahmen in dem Anwendungsbereich (y-Achse). Die Lage des Mittelpunktes der Kreise veranschaulicht die Gewichtung der Amortisationszeiten. In Abbildung 2 ist erkennbar, dass sich viele Energieeffizienzmaßnahmen bereits innerhalb von etwa fünf Jahren amortisieren. Das größte Einsparpotenzial ergibt sich im Bereich Prozesswärme. Für den Anwendungsbereich Prozesswärme sind in Abbildung 3 die einzelnen Maßnahmenbündel bewertet. Die Fläche der Kreise ist hier proportional zum Zahlenwert in TWh/a der wirtschaftlichen Endenergieeinsparpotenziale der einzelnen Maßnahmenbündel. Die Investitionssummen (x-Achse) und die durchschnittliche Amortisationszeit aller Maßnahmen der Maßnahmenbündel (y-Achse) sind ebenfalls dargestellt. Mittels der Pfeile werden die kürzeste und längste mittlere Amortisationszeit der Maßnahme eines Maßnahmenbündels gekennzeichnet. Die Lage des Mittelpunktes der Kreise veranschaulicht die Gewichtung der Amortisationszeiten. 

Es zeigen sich die großen Einsparpotenziale von Effizienzmaßnahmen wie Wärmerückgewinnung/-integration“ oder der „Prozessumstellung durch Elektrifizierung“. Die Investitionssummen für diese Maßnahmen sind vergleichsweise groß. Hier wurde berücksichtigt, dass zunächst Effizienzmaßnahmen z. B. zur Vermeidung von Abwärme, Wärmerückgewinnung/-integration und Abwärmenutzung umgesetzt werden, bevor elektrifiziert wird. Dadurch verkleinert sich der Anteil, der durch Umstellungen in der Wärmebereitstellung (bspw. Elektrifizierung) zur Verfügung gestellt werden muss, erheblich, wodurch auch die damit verbundenen hohen Investitionssummen reduziert werden. 

Die Automatisierung von Prozessen spiegelt sich insbesondere in den beiden Maßnahmenbündeln „Verbessertes Nutzerverhalten und/oder Steuerung“ sowie „Systemoptimierung“ wider. Diese Maßnahmenbündel gibt es auch in den anderen in Abbildung 2 aufgeführten Anwendungsbereichen. Alle Maßnahmen, die hier gebündelt sind, zeichnen sich durch eine geringe Investitionssumme und attraktive Amortisationszeiten aus. Im Rahmen des ersten Maßnahmenbündels erfolgt eine Anpassung und Optimierung bestehender Steuerungssysteme – beispielsweise durch eine kritische Überprüfung von Prozesstemperaturen und die gezielte Anpassung von Parametern. Für das Maßnahmenbündel „Systemoptimierung“ liegt der Fokus auf der Implementierung neuer Regelungs- und Automatisierungsmechanismen, wie etwa einer Sauerstoffregelung und einer automatisierten Abschlämmung in Temperaturbereichen mit Dampfanwendungen.  

Auch das Installieren einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung von Kondensatableitern ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Leckagen oder Blockaden und vermeidet somit Energieverluste. Die Amortisationszeit dieser Maßnahmen liegt bei unter zwei Jahren. Weiterhin kann ein Nachrüsten von Temperatur- und Durchflussmessungen bei Wärmeübertragern mit einer Amortisationszeit von wenigen Monaten eine bessere Zustandsüberwachung ermöglichen und so die Energieeffizienz erhöhen. [12] 

In der Abbildung 4 wird der Anteil der beiden Automatisierungs-Maßnahmenbündel am Endenergieeinsparpotenzial je Temperaturbereich dargestellt. Das wirtschaftliche Endenergieeinsparpotenzial je Temperaturbereich ist dabei in den Anteil der beiden Automatisierungs-Maßnahmenbündel (blau) und den restlichen Anteil der anderen Maßnahmenbündel (orange) unterteilt. Insbesondere in den oberen Temperaturbereichen hat die Automatisierung von Prozessen dabei einen großen Anteil am Endenergieeinsparpotenzial (verdeutlicht durch die Prozentwerte auf der rechten Seite). 

4. Beispiele für Endenergieeinsparungdurch Automatisierung

Konkrete Beispiele verdeutlichen am besten, wie einfach mit Automatisierung Energie und Geld eingespart werden kann. Die hier aufgeführten Beispiele sind nur eine kleine Auswahl. Weitere gute Anregungen sind in verschiedenen Leitfäden zu finden, z. B. in [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]. 

Stromlastmanagement – Grundlastreduktion: Der Fremdstrombezug des betrachteten Betriebes liegt an den Wochenenden bei mehr als 500 kW und macht ungefähr 16 % des Gesamtbezugs aus (2.500 MWh/a). Hinzu kommt noch der in einem Blockheizkraftwerk erzeugte Strom. Dieser Grundlastverbrauch verursachte in 2022 Energiekosten von mindestens 420.000 €/a. In Begehungen von zwei Personen an Samstagen (je Person sechzehn Stunden Zeitaufwand) konnten Anlagen identifiziert werden, die einen Großteil der Grundlast verursacht haben und die ausgeschaltet bzw. anders betrieben werden können. Nach Einbau und Programmierung von Steuerungen an neun Anlagen konnten etwa 250 MWh/a Strom (10 %) bzw. 49.000 €/a eingespart werden. Der Kapitalwert der Maßnahmen ist positiv, die Investitionssumme war 82.000 €, die Amortisationszeit etwa 1,67 Jahre.  

Druckluft – Steuerung: In einem anderen Betrieb sind Kompressoren unterschiedlicher Größe in eine übergeordnete Kompressorensteuerung eingebunden. Allein durch ein Softwareupdate konnte die Kompressorensteuerung optimiert werden. Die Stromeinsparung war 16 MWh/a (0,03 %) bzw. 2.388 €/a bei einer Investitionssumme von 3.350 €. Positiver Kapitalwert und Amortisationszeit von etwa 1,4 Jahre. 

Druckluft – Leckagemonitoring: Ein Monitoring der Druckluftleckagen kann zu erheblichen Stromeinsparungen führen. Durch Stromzähler an den Kompressoren und Rundgängen mit Ultraschall-Geräten können Druckluftleckagen geortet werden. Identifizierte Leckagen sollten so schnell wie möglich durch Behebung der Undichtigkeiten abgestellt werden. Die Stromeinsparung war 10,1 MWh/a bzw. 2.200 €/a bei einer Investitionssumme von 4.240 €. Positiver Kapitalwert und Amortisationszeit von etwa 1,97 Jahre. [13] 

Lüftungsanlage – Steuerung: Eine große Anlage versorgte ein Produktionshalle, obwohl nur ein Drittel der Halle gezielt belüftet werden müsste. Die Verbesserungsmaßnahme ist eine Sektionierung der Halle. Sektionierung bedeutet, dass nur ein Drittel der Halle wie bisher belüftet wird und die anderen beiden Drittel mit reduzierter Luftmeng  versorgt werden, so dass etwa 50 % der Nennleistung bei neuen Motoren der Ventilatoren eingespart werden können. Gleichzeitig wird mit dieser Maßnahme der Wärmebedarf um etwa 30 % reduziert. Die Einsparungen sind 16,5 MWh/a Strom (-65 %) 104 MWh/a (30 %) Erdgas, insgesamt 13.510 €/a. Investitionsbedarf für Automatisierung und neue Ventilatoren war 55.368 € bei einer Amortisationszeit von etwa 3,9 Jahre. 

Rückkühlwerk – Steuerung mit Unterstützung eines digitalen Zwillings: Daten der eingesetzten Pumpen des Rückkühlwerks aus einem kompletten Jahr wurden analysiert und interpretiert. Das Ergebnis war ein energieoptimierter Einsatz der mit Frequenzumrichter ausgestatteten Pumpen. Für die energieoptimale Steuerung des Rückkühlwerks wurde die Anlage als digitaler Zwilling nachgebaut. Hochgerechnet auf ein Jahr entspricht die erzielte Einsparung 411 MWh/a (bei 10 ct/kWh entspricht dies 41.100 €/a!) – und das ohne technische Investitionen. [12] 

Dampferzeugung – O2-Regelung: Der Dampfkessel des betrachteten Betriebes hat keine O₂-Regelung (Sauerstoffregelung). Der Sicherheitsluftüberschusses zur Einhaltung der Abgasgrenzwerte ist recht hoch. Durch den Einbau einer O₂-Regelung bei dem Dampfkessel konnten etwa 8 % Erdgas (75 MWh/a bzw. 7.506 €/a) eingespart werden. Investitionssumme war 11.566 €, die Amortisationszeit etwa 1,4 Jahre. 

Produktion | Kälteanlage – Steuerung: Die Kälteanlage zur Sackkühlung wird in einem ungünstigen Betriebspunkt betrieben. Durch eine neue Steuerung und neue Programmierung konnte der Kälteanlagenbetrieb optimiert werden. Die Einsparung von Strom war 18 MWh/a bzw. 3.300 €/a. Kapitalwert positiv, Investitionssumme 8.000 € und Amortisationszeit etwa 2,42 Jahre. 

Produktion | Schmelzofen – Nachrüstung Frequenzumrichter: Die Entstaubungsanlage eines Schmelzofens wird über Drosselklappen gesteuert. Bei Umfüllen des Stahls in die Pfannen sind Klappen vollständig geöffnet, ansonsten eher zugefahren. Eine bedarfsgerechte Regelung der Entstaubungsanlagen mit Frequenzumrichtern wurde eingebaut und führte zu 147 MWh/a bzw. 14.000 €/a Stromeinsparungen.  Investitionssumme war 41.000 €, die Amortisationszeit etwa 2,92 Jahre. 

Produktion | Warmwalzen – neue Sensoren und optimierte Steuerung: Die Steuerung der Transportrollen im Warmwalzbereich wurde für 57.600 € erneuert, automatisiert und optimiert. Einsparung im Bereich Strom waren 1.100 MWh/a bzw. 64.000 €/a, d. h. die Amortisationszeit ist etwa 0,9 Jahre. 

5. Fazit

Die hier vorgestellte Studie zeigt eindrucksvoll auf, welche Möglichkeiten in der deutschen Industrie vorhanden sind, mit weniger Endenergiebedarf das gleiche zu produzieren. Typische Energieeinsparmaßnahmen sind Dämmung sowie vor allem Abwärmenutzung. Weitere Maßnahmen sind verbessertes Nutzerverhalten, optimierte Steuerung bzw. Regelung, Betriebs- und Wartungsmaßnahmen, Antriebe mit Drehzahlregelung, Einsatz hocheffizienter Motoren oder die Nutzung der freien Kühlung. Die Erneuerung von Anlagen wurde ebenso berücksichtigt wie die Nutzung von Umweltwärme. Die Umstellung auf Wärmepumpe ist besonders im Wärmebereich bis 200 °C eine wichtige Maßnahme. 

An dieser Stelle sei noch einmal betont, dass viele der Maßnahmen einfach und mit geringen Investitionen zu realisieren sind. Dies gilt insbesondere für die Optimierung von Steuerung und Automatisierungen. Die konkreten Beispiele, die oben aufgeführt sind, unterstreichen dies. 

Neben dem betriebswirtschaftlichen Nutzen wird in der Studie [1] auch auf den volkswirtschaftlichen Nutzen hingewiesen: Energieeffizienzmaßnahmen reduzieren nicht nur den Bedarf, sondern auch die Spitzenlast. Bis 2045 müssen weniger Gaskraftwerke gebaut werden, so dass sich der Investitionsbedarf entsprechend um etwa 10 Mrd. € reduzieren könnte. Hinzu kommen vermiedene Erdgasimportkosten der nicht errichteten Kraftwerke von etwa 1 Mrd. € pro Jahr, so dass sich allein bei den Gaskraftwerken kumuliert über 20 Jahre ein volkswirtschaftlicher Nutzen von 30 Mrd. € ergibt. 

Außerdem leisten Energieeffizienzmaßnahmen einen Beitrag zur Versorgungssicherheit: Der Importbedarf von fossilen Energieträgern wird reduziert. Ein weiterer Beitrag ist die Unterstützung zur Erreichung internationaler Verpflichtungen der Bundesrepublik und damit ggf. die Vermeidung von konkreten Strafzahlungen für den Bund bzw. für die Steuerzahlenden. 

Dieser Artikel erschien zuerst im atp magazin 4/2026. 

Referenzen 

[1] Meyer, J., Zaubitzer, L., Seeliger, A., Alsmeyer, F., Schmitt, L. (2025). Kurzstudie: Volkswirtschaftliche und betriebswirtschaftliche Bewertung der Energieeffizienz in der Industrie. Abgerufen von: https://www.hs-niederrhein.de/fileadmin/dateien/Institute_und_Kompetenzzentren/SWK_E2/UmInMuen01-Kurzstudie-2025-10-22.pdf 

[2] Deutsche Bundesregierung. (2019). *Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG)*. Berlin. 

[3] Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. (2024). Energiewende. Abgerufen von: https://www.bmwk.de/Redaktion/DE/Dossier/energiewende.html 

[4] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. (2019). Energieeffizienzstrategie 2050. Berlin. 

[5] Umweltbundesamt. (2025). Endenergieverbrauch nach Energieträgern und Sektoren. Abgerufen von: https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/energieverbrauch-nach-energietraegern-sektoren 

[6] Statistisches Bundesamt (Destatis). (2024). Energieverbrauch der Betriebe im Verarbeitenden Gewerbe: Deutschland, Jahre, Nutzung des Energieverbrauchs, Wirtschaftszweige, Energieträger. Wiesbaden: Destatis. 

[7] Fraunhofer ISI. (2023). Erstellung von Anwendungsbilanzen für die Jahre 2021 bis 2023 für die Sektoren Industrie und GHD. Studie für die Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e. V. 

[8] Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. (2023). Energieeffizienz in Zahlen – Entwicklungen und Trends in Deutschland 2022. 

[9] Meyer, J., Madsen, M., Saars, L. (2023). Kurzstudie Energieeffizienzmaßnahmen in der Industrie – Marktnahe und wirtschaftliche Energieeinsparpotentiale in der Industrie. 

[10] Meyer, J., Zaubitzer, L., Alsmeyer, F. M. M. (2024). Kurzstudie: Energieeffiziente und CO₂-freie Prozesswärme. Abgerufen von: https://www.hs-niederrhein.de/fileadmin/dateien/Institute_und_Kompetenzzentren/SWK_E2/DENEFF-HSNR-PrzWrm-Kurzstudie-2024-07-24.pdf 

[11] Prognos AG, Fraunhofer ISI, Technische Universität München. (2016). Datenbasis zur Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen in der Zeitreihe 2005–2014: Endbericht. Umweltbundesamt. 

[12] ZVEI & NAMUR. (2023). Sustainability durch Prozessautomation. Abgerufen von: https://www.zvei.org/pressemedien/publikationen/broschuere-sustainability-durchprozessautomation 

[13] Bundesverband der Energieabnehmer e. V. (VEA). (2023). Praxisbeispiele für Energieeinsparmaßnahmen. Abgerufen von: https://klimafreundlicher-mittelstand.de/klimafreundliches-handeln/praxisbeispiele-fuer-energieeinsparmassnahmen/ 

[14] Meyer, J., Möhren, S., Saars, L. (2022). Klimaneutrale und wettbewerbsfähige Ernährungsindustrie bis 2030: Leitfaden zur Dekarbonisierung der Prozesswärmebereitstellung. Verband Deutscher Wirtschaftsingenieure e. V. 

[15] Initiative Energieeffizienz- und Klimaschutz-Netzwerke. (2022). Liste zu Kurzfristmaßnahmen für Energieeinsparung. Abgerufen von: https://www.effizienznetzwerke.org/fileadmin/user_upload/2023/02/2023_Liste-zu-Kurzfristmassnahmen-fuer-Energieeinsparung.pdf 

[16] Meyer, J., Domning, A., Freiberg, M., Maurer, U., Mier, P., Schmidt, C., Strotmann, B., Wiesgen-Pick, A. (2024). Steigerung der Energieeffizienz bei der Spirituosenherstellung: Anleitung mit Best-Practice-Beispielen. Bundesverband der Deutschen Spirituosen-Industrie und -Importeure e. V. 

[17] Deutsche Energie-Agentur (dena). (2015). Energieeffizienz in kleinen und mittleren Unternehmen. Abgerufen von: https://www.dena.de/fileadmin/dena/Dokumente/Pdf/1419_Broschuere_Energieeffizienz-in-KMU_2015.pdf 

[18] Landesenergieagentur Hessen. (n.d.). Praxisbeispiele Energieeffizienz. Abgerufen von: https://www.energieeffizienz-hessen.de/energieeffizienz/praxisbeispiele/ 

[19] Umwelttechnik BW GmbH. (n.d.). Erfolgsbeispiele Ressourceneffizienz. Abgerufen von: https://www.keffplusbw.de/de/services/erfolgsbeispiele 

Prof. Dr.-Ing. Jörg Meyer  
Hochschule Niederrhein  
SWK E² Institut für Energietechnik und Energiemanagement  
Campus Krefeld Süd  
47805 Krefeld  

Louisa Zaubitzer, M.Sc. 
Hochschule Niederrhein 
SWK E² Institut für Energietechnik und Energiemanagement 
Campus Krefeld Süd 
47805 Krefeld