GrInHy – Reversibler Elektrolyseur im Einsatz

Sunfire
© Sunfire, Salzgitter Flachstahl

Auch wenn der Einsatz von nachhaltig erzeugtem Wasserstoff derzeit noch nicht wirtschaftlich ist, laufen momentan – ergänzend zu den Simulationen – Demonstrationsvorhaben, anhand derer die generelle Eignung von grünem Wasserstoff in der Stahlindustrie untersucht werden soll. Ein entsprechendes Forschungsprojekt auf europäischer Ebene ist GrInHy, für das sich ein Firmenkonsortium, bestehend aus acht Unternehmen aus Deutschland, Italien, Spanien, Finnland und Tschechien, zusammengefunden hat, um die reversible Elektrolysetechnologie von Sunfire (RSOC: reversible solid oxide electrolyzer cell) in die Fertigungsprozesse bei der Salzgitter Flachstahl GmbH einzubinden.

Das Vorhaben Green Industrial Hydrogen via reversible high-temperature electrolysis (GrInHy) läuft seit August 2016 im Rahmen des Horizon-2020-EU-Förderprogramms. Es geht dabei um die praktische Erprobung von Festoxidelektrolysezellen (solid oxide electrolyzer cells – SOEC) zur Herstellung von grünem Wasserstoff in der Stahlproduktion.

In Salzgitter wurde im Juni 2017 ein Hochtemperaturelektrolyseur der 2010 gegründeten Sunfire GmbH mit einer Eingangsleistung von 150 Kilowatt installiert und im Oktober 2017 in Betrieb genommen. Das Besondere an dieser SynLink-SL40-Anlage ist, dass sie reversibel verwendbar ist, also nicht nur als Elektrolyseur, sondern auch in anderer Richtung als Brennstoffzelle eingesetzt werden kann. Somit kann in ein und demselben Aggregat zunächst Wasserstoff erzeugt und anschließend verstromt werden.

Stahl- und CO2-Produktion

Über 42 Mio. Tonnen Rohstahl wurden 2016 in Deutschland produziert. Pro Tonne Rohstahl werden durchschnittlich 1,34 t CO2 erzeugt. Damit verursacht die Stahlindustrie rund ein Drittel aller CO2-Emissionen innerhalb der Industriebranche und etwa zehn Prozent der CO2-Emissionen in Deutschland.

Für den Elektrolyseprozess wird heißer Wasserdampf als Spaltprodukt in dem 20-Fuß-Container eingesetzt (s. Abb. 1). Für die Dampferzeugung wird Abwärme aus der Stahlproduktion genutzt, wodurch nach Aussage des Dresdner Herstellers ein elektrischer Wirkungsgrad von 80 Prozent erreicht wird. Das erzeugte H2-Gas (3,7 kWh pro Nm3; 40 Nm3 pro Stunde) wird in das bestehende Wasserstoffnetz des integrierten Hüttenwerks eingespeist. Später kann dieses Gas oder wahlweise Erdgas im Brennstoffzellenbetrieb mit 30 kW elektrischer Ausgangsleistung zur Stromerzeugung herangezogen werden. Die auf diese Weise freigesetzte elektrische Energie kann unter anderem zur Netzstabilisierung oder dem internen Lastmanagement dienen. Die ebenfalls erzeugte thermische Energie wird in einem Kraft-Wärme-Kopplungsprozess wieder dem Stahlproduktionsprozess zugeführt.

Der Wasserstoff wird außerdem innerhalb der Stahlproduktion zur Erzeugung einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre in Glühöfen verwendet. Der Wasserstoff dient dabei dem Ausschluss von Sauerstoff und verhindert somit die Oxidation des Stahls während des Glühprozesses. Bislang wurde hierfür per Erdgasreformierung extern hergestellter Wasserstoff genutzt. Indem nun grüner Wasserstoff eingesetzt wird, verbessert dies die Umweltbilanz des Endproduktes und reduziert gleichzeitig die CO2-Emissionen (Product Carbon Footprint; s. obiger Kasten).

Vergleichbare RSOC-Anlagen von Sunfire gingen im Februar 2016 in die USA zu Boeing und im September 2017 nach Karlsruhe, um die dortige Total-Tankstelle mit Wasserstoff zu versorgen (s. HZwei-Heft Okt. 2017).

SALCOS®

Ähnlich wie ArcelorMittal (s. S. 36) arbeitet auch Salzgitter Flachstahl an der Direktreduktion. Das niedersächsische Unternehmen verfolgt das Ziel, mittelfristig Koks durch Erdgas und Wasserstoff zu substituieren und dadurch die CO2-Emissionen zu reduzieren. Die verschiedenen Maßnahmen, zu denen auch GrInHy zählt, laufen unter dem Slogan SALCOS – SAlzgitter Low CO2 Steelmaking.

Erste Ergebnisse des GrInHy-Vorhabens werden während des European SOFC and SOE Forums, das vom 3. bis 6. Juli 2018 in Luzern, Schweiz, stattfindet, präsentiert.

Linzer Anlage geht Ende 2018 in Betrieb

Währenddessen gehen auch die Arbeiten in Österreich voran: Das Firmenkonsortium H2Future startete im April 2018 mit den Baumaßnahmen auf dem Gelände der voestalpine AG in Linz (s. HZwei-Heft Juli 2017). Dort soll nach Angaben des österreichischen Industriegüterkonzerns die „weltweit größte Pilotanlage zur Herstellung von grünem Wasserstoff“ in der Stahlproduktion entstehen. Der Vorstandsvorsitzende Wolfgang Eder erklärte: „Das Ziel dabei ist es, echte ‚Breakthrough-Technologien‘ zu erforschen, die in etwa zwei Jahrzehnten im großtechnischen Stil anwendbar sein könnten.“ Ende 2018 soll der von der EU geförderte 6-MW-PEM-Elektrolyseur von Siemens in Betrieb gehen. Im Rahmen des 18 Mio. Euro teuren Vorhabens sollen dann 1.200 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde erzeugt werden. Offizieller Starttermin für das auf zwei Jahre angelegte Versuchsprogramm ist Frühjahr 2019.

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6 Gedanken zu “GrInHy – Reversibler Elektrolyseur im Einsatz

  1. SIE INFORMIEREN NUR HALB UND AUCH M.E. „ABLEHNEND U TENDENSIOES“ IN SACHEN WASSERSTOFF !!! WARUM NICHT OFFEN U, IN JEDER RICHTUNG !!!! WASSERSTOFF IST NUN MAL DIE ZUKUNFT FUER DIE MENSCHHEIT U DA FUERT KEIN WEG DRAN VORBEI!!! DER GANZE ZUGVERKEHR WIRD SICH B A L D
    VIA HYDROGEN ABSPIELEN, SOWIE AUCH HOCHSEEFAEHRSCHIFFE DIE IN SCHOTTLAND SICH SCHON IM BAU BEFINDET…ECT-PP….!!! GEZ. ELMAR-1926,,,,,,ANDORRA DEN 20-9-18

    • Sehr geehrter Herr Dornhöfer,
      ja, online wird immer nur ein Teil der Berichte veröffentlicht. Wer alles lesen möchte, muss die Print- oder Digital-Ausgabe bestellen bzw. abonnieren.
      Für „ablehnend und tendenziös“ halte ich die Berichterstattung nicht. Ich beschäftige mich seit 20 Jahren mit Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik und bin davon überzeugt, dass diese Technologie sehr viel Potential hat. Dennoch versuche ich soweit möglich neutral zu berichten, so wie es sich für Fachjournalisten geziemt, damit sich Leserinnen und Leser selber ein eigenes Bild und eine eigene Meinung machen können.
      Tut mir leid, wenn Ihnen dieser Stil nicht gefallen sollte, aber ich werde daran festhalten.
      MfG, Sven Geitmann

      • Sehr geehrter Herr Geitmann, lieber Sven,
        Gerne wollte ich mich bei dieser Gelegenheit noch einmal offiziell für Deinen Einsatz bei der Implementierung von Wasserstoff und Brennstoffzellen in unseren Alltag innerhalb und außerhalb Deines Verlages Hydrogeit bedanken.
        Du hast das Potenzial dieser Technologien als einer der Wenigen früh erkannt und mit dem Kauf und Aufbau von dem Magazin HZwei (jetzt im 18. Jahrgang…) auch langfristig bewiesen, dieses Potenzial publikumswirksam zu vermitteln und darzustellen. Auch Deine anderen Aktivitäten und Produkte, wie On-line und Bücher, machen Dich zu einem echten Wasserstoff-Botschafter.
        Mach bitte so weiter und ich hoffe, das wir beide den „Durchbruch…“ noch erleben werden!
        Arno

    • Herr Dornhoefer, danke für Ihren Beitrag.
      Ein wenig Skepsis sei schon erlaubt bzw. angebracht bei dem Thema Wasserstoff als zukünftiger, vermeintlich sauberer Energieträger und Brennstoffzellen als zukünftige Energiewandler. Nicht viele wissen, das Wasserstoff schon seit den 1930 Jahren bei vielen Industrien im Einsatz ist, allerdings als ein ganz normales „technisches Gas“. Und für eine Reihe von Anwendungen, z.B. bei die Herstellung von Kunststdünger, bei der Glas- und Halbleiter-und Lebensmittelherstellung und beim Entschwefeln von Rohöl in Raffinerien. Außerdem als Kühlmittel z.B. in Kraftwerken. Dazu muss Wasserstoff allerdings erst einmal erzeugt werden, was heute weltweit zu 99% aus fossilen Energien erfolgt. Die restlichen 1% aus Netz-Strom, mit all seine Nachteilen. Und bei den heutigen Technologien eigentlich mit noch viel zu schlechten Wirkungsgraden. Bei Brennstoffzellen ist es ähnlich, auch diese sind erst noch ganz am Anfang ihrer Entwicklungskurve. Die Skepsis kommt daher, das „uns allen…“ von der Industrie seit den 1990er Jahren Wasserstoff und Brennstoffzellen als eine Art Allheilmittel versprochen wurden. Fast alle dieser Versprechungen wurden bisher weltweit NICHT wirklich eingehalten. Außerdem flossen bisher, seit den 1970er Jahre (erste Oelkrise…) Milliarden in die Forschung und Entwicklung dieser Themen; meist mit einem hohen Anteil von Steuergeldern finanziert und ebenfalls bisher weltweit ohne sichtbare bzw. durchschlagende Ergebnisse. Warum also sollten wir alle den jetzigen Versprechungen jetzt Glauben schenken?

  2. Naja, möglicherweise merken die zuständigen Beamten, die die Anträge bearbeiten dies schon ( der Normalbürger natürlich nicht), aber was sollen sie anderes machen, als nach Vorschrift vorgehen und wenige Großanträge zu bearbeiten statt viele kleine ist für sie eventuell ja auch angenehmer. da braucht es nicht einmal Korruption, (die es vielleicht auch noch gibt). Der Wurm sitzt im System.
    Vielleicht wäre Forderung statt Förderung hier die bessere Vorgehensweise.

  3. Solange noch Steuergelder benötigt werden, um solche Dinge wie Wasserstoff-Tankstellen oder gar, wie hier, ganze Wasserstoff-betriebene Stahlwerke, zu finanzieren, läuft einiges falsch mit nicht existierenden Geschäftsmodellen bei der angeblichen Implementierung von Wasserstoff als einen potentiell sauberem (???) Energieträger.

    Vor allem, wenn arme Unternehmen wie Air Liquide, Linde, Shell, Siemens und Daimler und BMW, Toyota und Volkswagen oder gar die österreichische Firma Voestalpine AG* die glücklichen Empfänger dieser Steuergelder sind. Die gehen schnell in die Millionen, siehe das obige Beispiel.

    *Voestalpine AG ist in über 50 Ländern vertreten und besteht aus rund 500 Konzerngesellschaften und -Standorten. Die Aktie notiert seit 1995 an der Wiener Börse. Weltweit beschäftigt das Unternehmen mehr als 50.000 Mitarbeiter. Der Umsatz im Geschäftsjahr 2016/2017 betrug rund 11,3 Mrd. EUR.

    MitarbeiterInnen in solchen Unternehmen, wie in den anderen oben genannten sind sich nicht zu schade, komplizierte Förderanträge auszufüllen, nur um ein paar Millionen Euro Wasserstoff-Fördergelder abzugreifen, nur weil das Thema gerade in Mode ist.

    Wir alle brauchen neue Ideen, bitte, und lasst uns die alten Sachen nicht endlos wiederholen, immer wieder.

    Weil das ein Ärgernis ist. Diese Vorgehensweisen „schließen“ automatisch kleine und gute Unternehmen aus dem bestehendem h2-Finanzierungssystem aus.
    Weil das Geld nur an „die Großen“ geht.
    Und das alles passiert schon seit Dekaden. Merkt das denn niemand?

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