Energieeffizienz als Transformationstreiber

Die Keramikindustrie ist von energieintensiven Hochtemperaturprozessen wie Trocknung, Entbinderung und Sinterung geprägt. Sie bestimmen nicht nur die Produktqualität, sondern auch die Kostenstruktur und den CO2-Fußabdruck vieler Unternehmen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an keramische Werkstoffe, etwa hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, Thermoschockverhalten, mechanischer Belastbarkeit und Funktionalisierung. Hinzu kommen volatile Energiepreise und die Notwendigkeit, Produktionssysteme robuster und flexibler aufzustellen.

Digitale Methoden als Bindeglied zwischen Material und Prozess

Dr. Holger Friedrich, Leiter Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, machte deutlich, dass digitale Methoden heute weit mehr sind als Simulationswerkzeuge im engeren Sinn. Ihr eigentlicher Mehrwert liegt in der Fähigkeit, Materialentwicklung, Prozessauslegung und Anlagenbetrieb miteinander zu verbinden. Am Fraunhofer HTL in Bayreuth wird dieser Ansatz seit Jahren verfolgt. Dort werden Hochtemperaturmaterialien, keramische Prozesse, Charakterisierung und Komponentenentwicklung systematisch zusammengeführt.

Im Zentrum steht die Erkenntnis, dass Material und Prozess nicht getrennt voneinander betrachtet werden dürfen. Werkstoffeigenschaften entstehen nicht isoliert, sondern immer im Zusammenspiel mit Herstellroute, Ofenatmosphäre, Temperaturverlauf und Bauteilgeometrie. Genau hier setzen digitale Methoden an: Sie helfen, komplexe Zusammenhänge sichtbar zu machen, Entwicklungszeiten zu verkürzen und Prozesse belastbarer auszulegen.
Ein besonders anschauliches Beispiel dafür ist der Ansatz des Integrated Computational Materials Engineering. Statt Materialien primär empirisch zu entwickeln, wird von den Anforderungen der Anwendung ausgegangen. Gesucht werden nicht „mögliche“ Werkstoffe, sondern diejenige Zusammensetzung und Mikrostruktur, die ein definiertes Eigenschaftsprofil am besten erfüllt. Multiskalensimulationen, experimentelle Daten, Prozessmodelle und Expertenwissen werden dabei so verknüpft, dass Werkstoffentwicklung schneller, zielgerichteter und wirtschaftlicher wird.

Energieversorgung neu denken: von Erdgas zu Hybridkonzepten

Ein zweiter großer Themenblock des Webinars galt Zukunftsentwicklungen bei Energieträgern und Ofentechnologien. Dr. Friedrich zeigte, dass die Keramikbranche vor einer strategischen Weichenstellung steht. Erdgasbetriebene Öfen dominieren noch immer, doch die Anforderungen an CO2-neutrale oder zumindest CO2-ärmere Produktionsweisen steigen. Elektrische Tunnelöfen, Biogas, grüner Wasserstoff, Hybridöfen sowie Konzepte mit externer Heißgasbereitstellung sind deshalb zunehmend Gegenstand von Forschung und Investitionsplanung.
Entscheidend war dabei die Botschaft, dass es keine universelle Lösung geben wird. Technoökonomische Analysen helfen zwar, Investitionskosten, Betriebskosten, Flexibilität und Unsicherheiten systematisch zu vergleichen. Doch welches Konzept sich durchsetzt, hängt immer vom konkreten Prozess, vom Standort und von den verfügbaren Energieträgern ab. In vielen Fällen erscheinen hybride Beheizungskonzepte als besonders sinnvoll, weil sie eine flexible Reaktion auf Preisentwicklungen und politische Rahmenbedingungen erlauben.
Michael Müller, Bereichsleiter Engineering bei der Rauschert Heinersdorf-Pressig GmbH, griff diese Überlegungen in seinem Praxisbeitrag direkt auf und zeigte, wie sein Unternehmen diese Transformation konkret umsetzt. Für Rauschert ist Energie nicht nur ein Kostenfaktor, sondern ein strategischer Bestandteil der Wettbewerbsfähigkeit. Bereits früh wurde deshalb ein unternehmensweites Energiemanagement aufgebaut, ergänzt durch Photovoltaik, Monitoring der Energieverbräuche und eine hohe Transparenz in den Produktionsprozessen. An den Thüringer Standorten wurden mehr als zehn Megawatt Peak Photovoltaik installiert. Damit schafft das Unternehmen nicht nur mehr Unabhängigkeit, sondern bereitet auch die Basis für künftige Elektrifizierungsschritte.

Besonders deutlich wurde im Webinar, dass die größten Potenziale in den thermischen Prozessen selbst liegen. Michael Müller stellte hierzu konkrete Beispiele aus der Praxis vor. Eine neue Generation erdgasbeheizter Kammeröfen wurde bei Rauschert mit Verbrennungsluftvorwärmung ausgestattet. Dabei wird Wärme aus der thermischen Nachverbrennung über Wärmetauscher zurückgewonnen und entweder in die Brennkammer oder direkt dem Brenner zugeführt. Das Ergebnis: Der Erdgasverbrauch konnte nachweislich um mehr als 30 Prozent gesenkt werden. Angesichts sehr hoher jährlicher Energieverbräuche ist das ein erheblicher wirtschaftlicher und ökologischer Effekt.

Ergänzend hob Michael Müller die Bedeutung der Abwärmenutzung hervor. Warme Luft aus Ofenprozessen kann zur Raumheizung, für Warmwasser oder für Trockenkammern genutzt werden. Gerade in einer Branche, in der thermische Prozessschritte eng miteinander verknüpft sind, eröffnet diese Form der Wärmeintegration zusätzliche Effizienzpotenziale.

Gleichzeitig wurde auch deutlich, dass technologische Umstellungen nicht isoliert bewertet werden dürfen. Die Wechselwirkung zwischen Ofenatmosphäre und keramischem Produkt ist materialkritisch. Gasverbrennung bringt Feuchte in die Atmosphäre ein, beim Einsatz von Wasserstoff steigt der Wasserdampfanteil weiter. Das beeinflusst nicht nur die Lebensdauer von Ofenauskleidungen, sondern auch die Eigenschaften der Produkte selbst. Müller verwies darauf, dass bei hochreinem Aluminiumoxid bereits Veränderungen der Festigkeitswerte unter Wasserstoffatmosphäre beobachtet wurden. Damit wurde ein zentraler Punkt des Webinars greifbar: Energieumstellung, Materialverhalten und Prozessstabilität sind untrennbar miteinander verbunden.

Simulation und Wissenstransfer als operative Hebel

Ein weiterer gemeinsamer Nenner beider Vorträge war die Rolle digitaler Werkzeuge in der operativen Prozessoptimierung. Friedrich zeigte, wie Trocknung, Entbinderung und Sintern mithilfe experimenteller Charakterisierung und simulationsgestützter Modelle deutlich besser ausgelegt werden können. Prozessdauer, Energieverbrauch und Schadensrisiken lassen sich bereits am Computer bewerten und optimieren. In einzelnen Anwendungen konnte die Entbinderung keramischer Bauteile nahezu halbiert und zugleich robuster gestaltet werden.
Müller knüpfte daran mit Beispielen aus der industriellen Praxis an. So setzt Rauschert gemeinsam mit dem Fraunhofer HTL Simulationsprogramme ein, um Trocknungs- und Brennkurven schneller zu optimieren, Testbrände zu vermeiden und Prozesse zielgerichteter auszulegen. Dadurch wirkt Digitalisierung unmittelbar auf Energieverbrauch, Durchlaufzeit und Produktqualität.
Ebenso wichtig ist der Erhalt von Erfahrungswissen. In digital unterstützten Fertigungsumgebungen geht es nicht nur um Daten, sondern auch darum, das Wissen erfahrener Mitarbeitender systematisch zu sichern, Prozessschritte transparenter zu machen und Ursachen für Ausschuss schneller zu identifizieren. Gerade in wissensintensiven Produktionssystemen ist das ein entscheidender Faktor für Kontinuität und Wettbewerbsfähigkeit.

Vom Effizienzprojekt zur strategischen Transformation

Die Beiträge aus Forschung und industrieller Praxis von Dr. Holger Friedrich, und Michael Müller, machten deutlich, dass bereits heute erhebliche Potenziale erschlossen werden können — durch optimierte Brenn- und Trocknungskurven, durch Wärmeintegration, durch simulationsgestützte Material- und Prozessentwicklung und durch einen strategischen Umgang mit neuen Energieträgern. Der Weg in die Zukunft der Keramikbranche führt damit nicht über einzelne Technologieentscheidungen, sondern über die intelligente Verknüpfung von Energie, Werkstoff, Prozess und Digitalisierung.
Der besondere Wert des Webinars lag darin, dass sich Forschungs- und Praxissicht nicht gegenüberstanden, sondern ergänzten. Der Vortrag von Dr. Friedrich zeigte die technologischen und methodischen Leitplanken: digitale Materialentwicklung, simulationsgestützte Prozessauslegung, technoökonomische Bewertung neuer Energieträger und der Perspektivwechsel hin zu adaptiven, datenbasierten Produktionssystemen. Der Vortrag von Michael Müller belegte, dass diese Ansätze keine Zukunftsmusik sind, sondern bereits heute konkrete Einsparungen, bessere Prozesssicherheit und fundierte Investitionsentscheidungen ermöglichen.
Damit wurde ein gemeinsames Leitmotiv sichtbar: Energieeffizienz ist in der Keramikbranche längst mehr als ein technisches Optimierungsthema. Sie wird zum Transformationstreiber, weil sie zentrale Zukunftsfragen bündelt — von der Energieversorgung über die Materialentwicklung bis hin zur Digitalisierung von Fertigung und Wissen.