01. Dezember 2023 । Drei Jahre Forschung flossen in ein Projekt der TU Bergakademie Freiberg zum Einsatz von Wasserstoff in Industrieöfen und Feuerungen. Die Ergebnisse stellte das Team mit seinen Partnern Ende November beim Abschluss des Projekts in Freiberg vor. Die gute Nachricht: Alle bestehenden Industrieöfen können mit kleinen Anpassungen sicher mit Wasserstoff betrieben werden. Demnach könnten wasserstofftaugliche Brenner in vielen Industriezweigen die “Basis für eine erfolgreiche Energiewende” bilden.
Im Rahmen des vom BMWK mit 1,5 Mio. € geförderten Projektes untersuchte ein Team aus Industrie und Wissenschaft die Leitplanken für den Einsatz von Wasserstoff in Industrieöfen. Forschungsschwerpunkte waren die Konstruktion der Brenner als Kernelemente der Öfen, die Steuerung und Regelung der Brenner-Flamme sowie die Stabilität von Werkstoffen für die Wärmedämmung und Ausrüstung neuer Wasserstoff-Öfen.
Drei Grundtypen von Industriebrennern konnten in mehreren Leistungsklassen vermessen und umgerüstet werden. Projektleiter Prof. Hartmut Krause fasst zusammen:
„Mit dem Projekt konnten wir zeigen, dass sich verschiedene Grundtypen industrieller Feuerungssysteme von Erdgas auf Wasserstoff umstellen lassen. Die Aufwendungen zur Umstellung sind in einem überschaubaren Rahmen. In einigen Fragestellungen ergaben sich überraschend positive Effekte für die Ressourceneffizienz in der Thermoprozesstechnik mit dem Energieträger Wasserstoff.“
Industrieöfen: Ultra-niedrige Emissionen mit Wasserstoff-Brennern
Im Technikum nahm das Team zuerst die Wasserstoffverbrennung unter die Lupe:
„Denn wie genau das Gas in einem Industriebrenner umgesetzt wird, hat Auswirkungen auf die Schadstoffbildung und damit die Emissionen der Produktionsprozesse“, so Dr. Sven Eckart von der Professur für Gas- und Wärmetechnische Anlagen der TU Freiberg.
Dennoch werden die Stickoxidemissionen auf einem geringen Level gehalten. Trotz höherer Flammentemperaturen bei der Wasserstoffverbrennung, die die Ursache für die Stickoxidbildung sind, konnten geringere Emissionen als bei Erdgas erreicht werden. Damit gibt das Forschungsprojekt Brenner-Herstellern Gestaltungsempfehlungen für effiziente und emissionsarme Geräte.
Forschende beim Projekttreffen Wasserstoff Thermoprozesstechnik © TUBAF
Effiziente Verbrennung bei schwankendem H2-Anteil
Für industrielle Anwendungen müssen auch die Steuerungssysteme für die Verbrennung von schwankenden Wasserstoff-Anteilen angepasst werden. Dazu entwickelten die Forschenden am DBI-Institut Freiberg zwei Modelle zur Regelung des Gas-Luft-Gemisches und erprobten sie an Demonstratoren.
Marcus Wiersig vom DBI betonte, dass man mit den neuen Regelungsprinzipien trotz schwankender Wasserstoffanteile eine hocheffiziente Verbrennung einstellen könne.
Wie werden Öfen H2-ready?
Wasserstoff könne jedoch nur in Industrieöfen eingesetzt werden, wenn er deren Stabilität und Lebensdauer nicht einschränke. Wie Feuerfestmaterialien, Stähle, Keramiken und neue Werkstoffkombinationen auf Wasserstoff und seine Abgase reagieren, untersuchten die Forschenden daher in einem weiteren Teilprojekt.
Die daraus hervorgegangene Bewertungsmatrix biete Anlagenbetreibern und Herstellern ein einfaches Konzept für den Einsatz von Hochtemperaturwerkstoffen in Wasserstoff -betriebenen Industrieöfen. Das Team um Chris Fritsche an der Professur für Gas- und Wärmetechnische Anlagen habe für einige wichtige Werkstoffe zudem deutlich bessere Schutzmechanismen als bei Erdgasbetrieb nachgewiesen.
Folgende Forschungseinrichtungen waren an dem Projekt beteiligt: TU Bergakademie Freiberg, Professur für Gas- und Wärmetechnische Anlagen (Koordination), DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg, RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik, Gas- und Wärme-Institut Essen e.V., Universität Duisburg-Essen, Institut für Verbrennung und Gasdynamik, Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien.
(Quelle: TUBAF/2023)
