Wie kann Wasserstoff als Brennstoff die CO2-Emissionen in der Stahlindustrie verringern? Mit dem neuen Forschungsprojekt FlexHeat2Anneal wird der nächste Schritt in Richtung Produktion von grünem Stahl in Deutschland eingeleitet.
Jährlich werden in den 20 Feuerbeschichtungsanlagen und kontinuierlicher Glühlinien Deutschlands rund acht Millionen Tonnen Stahl produziert. In der Regel werden diese Anlagen mit fossilem Erdgas der öffentlichen Gasversorgung betrieben, sodass der Betrieb dieser Anlagen mit hohen CO2-Emissionen verbunden ist. Mit einer vollständigen Umstellung dieser Anlagen auf grünen Wasserstoff ließen sich jährlich bis zu 420.000 Tonnen CO2-Emissionen einsparen.
Wasserstoff statt Erdgas
Bisher wurde an keiner der Anlagen Wasserstoff als Brennstoff erprobt. An diese Herausforderung wollen sich die drei Projektpartner thyssenkrupp Rasselstein, WS Wärmeprozesstechnik GmbH und das Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik der RWTH Aachen University wagen. Die Arbeiten werden seitens des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz bis März 2025 mit rund 380.000 Euro gefördert. Startschuss des Projekts war der 01.04.2022. Am 05.05.2022 fand das Kick Off Meeting für das Projekt bei thyssenkrupp Rasselstein statt. Neben Diskussionen über die Inhalte der ersten Arbeitspakete bestand die Möglichkeit, alle Durchlauföfen mit der aktuellen Beheizungstechnologie zu besichtigen.
Kernziel des Vorhabens ist der flexible Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff an Glühlinien und Feuerbeschichtungsanlagen für Stahlband, um dort CO2-Emissionen zu reduzieren. Hierfür wird zunächst der Einsatz von Wasserstoff in bestehenden Strahlheizrohrsystemen im Labor des IOBs untersucht. Gleichzeitig wird die Entwicklung und Demonstration innovativer, brennstoffflexibler und energieeffizienter FLOX-Strahlrohrsysteme mit geringsten NOx-Emissionen angestrebt. Strahlrohre werden in Durchlauföfen eingesetzt um die Trennung der Ofenatmosphäre von den Abgasen der Verbrennung zu ermöglichen. Die FLOX-Technologie ist eine seit Jahren für Erdgas bewährte und von WS entwickelte Maßnahme zur Reduktion der NOx-Emissionen bei der Verbrennung von Gasen in Industriebrennern. Beide Technologien sind aktuell für einzelne Brennstoffe optimiert und müssen für Wasserstoff-Erdgas-Anwendungen untersucht werden. Mit Hilfe von WS Wärmeprozesstechnik GmbH werden die neue FLOX-Strahlrohrsysteme entwickelt und schließlich an einer der drei Durchlaufofenanlagen der thyssenkrupp Rasselstein GmbH eingesetzt und mit Wasserstoff erprobt.
Innovation mit Grundlagencharakter
Der Einsatz von Wasserstoff in Erdgas soll im Bereich von 0 bis 100 Volumenprozent möglich sein, ohne dass manuelle Anpassungen an der Gesamtanlage nötig sind. Somit sollte das Verbrennungssystem bereits bei geringer Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff anwendbar sein. Hierbei liegt die Herausforderung für die Verbrennungssysteme des Ofens darin, trotz flexiblen und zeitlich schwankenden Einsatzes beider Brennstoffe gleichzeitig eine hohe Prozessstabilität, Energieeffizienz sowie geringste NOx-Emissionen zu gewährleisten.
Das Potenzial der neuartigen Strahlrohrsysteme beschränkt sich nicht auf dem Einsatz in kontinuierlichen Glühlinien und Feuerbeschichtungsanlagen. Allgemein könnten die Systeme auf andere Thermoprozessanlagen übertragen werden. So leistet dieses Vorhaben einerseits einen Beitrag zur Dekarbonisierung im Bereich der Stahlverarbeitung, andererseits aber auch zur Akzeptanz des Brennstoffs Wasserstoff in der Industrie.