Die weltweit größte Wasserstoffpilotanlage wird derzeit in Linz errichtet

josef

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#1
Weltweit größte Wasserstoffpilotanlage in Linz
Wasserstoff als Energielieferant, Energiespeicher und als Sprit für die Zukunft: Um nichts weniger geht es bei der weltweit größten Pilotanlage, die derzeit auf dem Gelände der voestalpine AG in Linz errichtet wird.
Dem Wasserstoff gehöre die Energiezukunft, sind voestalpine, Siemens und der Verbund überzeugt. Alle drei sind an der Anlage beteiligt, die mit einem bisher nie erreichten Wirkungsgrad Wasserstoff gewinnen soll. Als wissenschaftliche Partner sind auch die Unternehmen K1-MET und ECN bei dem Pilotprojekt dabei, an der Seite des Verbunds wirkt auch Austrian Power Grid mit.

Bisher nur geringer Wirkungsgrad
Um den CO2-Ausstoß deutlich zu verringern, muss in Zukunft ein Energieträger abseits von Erdöl, Kohle oder Gas verwendet werden. Wasserstoff würde sich zwar als Energiespeicher mit null CO2-Emission anbieten - bei der Wasserstoffgewinnung im Elektrolyseverfahren wurden aber bisher große Mengen Strom mit relativ geringem Wirkungsgrad verbraucht.

Wirkungsgrad von 80 Prozent angestrebt
Die Pilotanlage, die derzeit in Linz gebaut wird, soll aber einen Wirkungsgrad von 80 Prozent erreichen. Voestalpine-Vorstandsvorsitzender Wolfgang Eder sagt zum Ziel des Projekts mit dem Titel H2Future: „Das erklärte Ziel ist, definitiv herauszufinden, ob Wasserstoff im großen Stil langfristig Kohle und Koks ersetzen kann. Das heißt, wir gehen jetzt in eine erste Testphase mit der Erwartung, dass am Ende dieses Prozesses – sprich in etwa vier Jahren – die Erkenntnis stehen wird, dass wir dann tatsächlich in eine großtechnische Umsetzung gehen können.“


voestalpine

„Nur durch Zusammenarbeit möglich“
18 Millionen Euro kostet die Pilotanlage, zwei Drittel davon kommen aus Fördermitteln der Europäischen Kommission. Möglich sei solche Forschung in Industriegröße nur durch die Zusammenarbeit großer Unternehmen, betonen die Vorstandsvorsitzenden von voestalpine, Siemens Österreich und dem Verbund.

Strom aus erneuerbaren Energiequellen
Der Strom für die von Siemens entwickelte neue Elektrolysetechnik soll zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen kommen. Damit könnten vor allem auch die Überkapazitäten aus Wind- und Sonnenkraft in Form von Wasserstoff gespeichert werden. Die Anlage soll ab Mitte 2019 Wasserstoff erzeugen. Bis 2021 soll das Versuchsprogramm vorerst einmal laufen.
Link:
Publiziert am 16.04.2018
http://ooe.orf.at/news/stories/2907194/
 

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#2
Wasserstoffpilotanlage bei voestalpine
Der Testbetrieb der laut Betreiber weltweit größten Pilotanlage unter dem Namen „H2Future“ für eine Wasserstoff-Elektrolyse-Anlage zur CO2-freien Stahlerzeugung hat bei der voestalpine in Linz am Montag begonnen.
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Das Forschungsprojekt „H2Future“ des Stahlerzeugers in Zusammenarbeit mit Verbund und Siemens soll Möglichkeiten ausloten, Koks und Kohle durch Wasserstoff zu ersetzen. Die drei Unternehmen investieren je zwei Millionen Euro in die 18 Millionen Euro teure Pilotanlage. Zwölf Millionen kommen von der EU.

Börse: Voestalpine setzt auf Wasserstoff
Verschärfte Klimaschutzvorgaben zwingen den Stahlkonzern voestalpine zum Umdenken. Der Stahlkonzern versucht mit Wasserstoff in die Zukunft zu kommen.

Hybridtechnologie im Hochofen
Der Stahlerzeuger prüft jetzt die Umsetzbarkeit einer Hybridtechnologie von den bestehenden koks-/kohlebasierten Hochöfen und mit grünem Strom betriebenen Elektrolichtbogenöfen unter teilweisem Einsatz von grünem Wasserstoff. „Diese Option würde bei entsprechender Wirtschaftlichkeit nach heutigem Stand zwischen 2030 und 2035 die unternehmensspezifischen CO2-Emissionen um rund ein Drittel reduzieren“, erklärte Konzernchef Herbert Eibensteiner.
ORF
Koks und Kohle sollen in Hochöfen durch Wasserstoff ersetzt werden

Kernstück der Pilotanlage ist das PEM-Elektrolysemodul mit sechs Megawatt Anschlussleistung. Wasser wird mit Hilfe von elektrischer Energie in seine Grundkomponenten Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Damit können 1.200 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde erzeugt werden.

ORF
Die EU fördert das Projekt mit zwölf Millionen Euro

„Wir freuen uns, diese neue Technologie im Rahmen dieses Projektes erstmals im Einsatz zu sehen“, meinte Siemens-Österreich-Chef Wolfgang Hesoun. Außerdem werde mit „H2Future“ das Potenzial zum Bereitstellen von Netzdienstleistungen und dem möglichen Ausgleich von Schwankungen im Stromnetz erforscht.

Win-win-Situation
„Der Einsatz von grünem Wasserstoff ist eine ‚Win-win-Situation‘ für Energiewirtschaft und Industrie“, stellte Verbund-Chef Wolfgang Anzengruber fest. Die Inbetriebnahme sah Bart Biebuyck von der Europäischen Kommission als „Beweis dafür, dass die Europäische Industrie gewillt ist, ihre Führungsrolle im Bereich Entwicklung und Kommerzialisierung von Elektrolyseuren beizubehalten, wie auch im Bereich der Dekarbonisierung des Industriesektors, bei gleichzeitiger Sicherung von Investitionen und Beschäftigung in Europa.“

APA/FOTOSTUDIO MARTIN EDER
In diesem Gebäude wird die neue Technologie getestet

Das komplette Projektkonsortium besteht aus voestalpine, Verbund und Siemens sowie aus der Verbund-Netztochter APG und den wissenschaftlichen Partnern K1-MET in Linz sowie der Niederländischen Organisation für Angewandte Naturwissenschaftliche Forschung (TNO).
11.11.2019, red, ooe.ORF.at/Agenturen

Link:
Wissenschaft: Wasserstoffpilotanlage bei voestalpine
 

josef

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#3
Neues Verfahren ermöglicht klimafreundliche Stahlherstellung
Die Voestalpine ist der größte CO2-Emittent des Landes. Wasserstoff soll künftig eine Stahlfertigung erlauben, die kein CO2 abgibt

Die Stahlherstellung könnte künftig nur mehr Wasserdampf als Abgas produzieren.
Foto: Imago / Rupert Oberhäuser

Im Jahr 2018 gingen die CO2-Emissionen in Österreich gegenüber dem Vorjahr um 3,7 Prozent zurück, bevor sie 2019 wieder stiegen. Der gefeierte Rückgang hatte nicht nur mit einem milden Winter, sondern auch mit der heimischen Stahlindustrie zu tun. Ein Hochofen der Linzer Voestalpine – des größten CO2-Emittenten des Landes – stand wegen Wartungsarbeiten still, was eine Einsparung von 1,6 Millionen Tonnen Kohlendioxid zur Folge hatte.

Dass ein einziger Produktionsstandort die Emissionsbilanz des ganzen Landes in diesem Ausmaß beeinflussen kann, vermittelt eine Vorstellung davon, wie CO2-intensiv die Stahlfertigung ist.

Wie könnte also eine zukünftige Stahlproduktion aussehen, die ohne CO2-Emissionen auskommen kann? Und wie weit sind die Forschungsbemühungen auf diesem Weg bereits gediehen? Wann kann die Hochofenroute zugunsten einer nachhaltigen Herstellungsvariante verlassen werden?

Ein Symposium an der Montan-Uni Leoben widmete sich vergangene Woche diesem Fragenkreis. Die Veranstaltung wurde im Rahmen des Forschungsprojekts "Su Steel" organisiert, das antritt, die fossile Energie, die heute zur Stahlproduktion verwendet wird, schließlich durch Wasserstoff zu ersetzen.

Neue Dimensionen
An Su Steel sind, geführt vom Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie der Montan-Uni, das Metallurgie-Forschungszentrum K1-MET in Linz und die Voestalpine beteiligt. Unterstützt wird das Projekt durch das Programm "Produktion der Zukunft" der Förderagentur FFG mit Mitteln des Verkehrs- und Umweltministeriums.

Im Rahmen des Projekts wurde in den vergangenen dreieinhalb Jahren eine Pilotanlage für eine spezielle Form der Stahlherstellung mittels Wasserstoffs entwickelt, die erstmals über den Labormaßstab hinausgeht.

"Die frühere Laboranlage fasste 100 Gramm Erz. Die Pilotanlage, die im Rahmen von Su Steel entstand, fasst dagegen 20 Kilogramm", erklärt Alexander Rimser, der als Projektleiter für K1-MET an dem Projekt beteiligt ist und auch am Symposion in Leoben zum aktuellen Forschungsstand referierte.
"Es gibt weltweit keine Anlage, die mit unserer vergleichbar wäre. Die neue Dimension stellt uns aber auch vor große Herausforderungen", sagt Rimser.

Die Linzer Voestalpine ist der größte CO2-Emittent des Landes. Das vermittelt eine Vorstellung davon, wie Kohlendioxid-intensiv die herkömmliche Stahlfertigung ist.
Foto: REUTERS/Heinz-Peter Bader

Erfolgreicher Versuch
In dem Reaktor erfolgt der wichtigste Schritt auf dem Weg zum Stahl: Dem Erz wird durch eine chemische Reaktion – die sogenannte Reduktion – der Sauerstoffanteil entzogen. Ende Jänner konnte nun erstmals eine "Wasserstoffplasmaschmelzreduktion", wie der Prozess heißt, in dieser Anlage erfolgreich durchgeführt werden.
"Erste Schnittbilder zeigen, dass tatsächlich ein Reduktionsprozess im Reaktor stattgefunden hat. Die Auswertung läuft noch. Erst sie wird zeigen, welcher Reduktionsgrad bei dem Versuch erreicht werden konnte", resümiert Rimser.

Eisenerz ist chemisch betrachtet eigentlich Eisenoxid, also eine Eisen-Sauerstoff-Verbindung. Das Ziel der Roheisen- und Stahlfertigung ist, diesen Sauerstoffanteil aus den Verbindungen herauszulösen. Genau das passiert auch im Hochofen: Erz wird dort mittels Kohlenstoffs aufgeschmolzen. Die Vergasung des Kokses lässt Kohlenmonoxid entstehen, das mit dem Sauerstoff des Erzes zu Kohlendioxid reagiert.

Das von Sauerstoff befreite Roheisen enthält als "Überbleibsel" dieses Prozesses einen Kohlenstoffanteil, der in einem sogenannten LD-Konverter durch Aufblasen von reinem Sauerstoff auf das flüssige Roheisen großteils verbrannt wird.

Prinzip des Lichtbogens
Im neuen Reaktor von Su Steel wird der Sauerstoff auf ganz andere Art – und ohne den Einsatz fossiler Energieträger – entzogen. Es wird dabei das Prinzip des Lichtbogens genutzt, das etwa auch Blitzentladungen in der Atmosphäre zugrunde liegt: Bei hoher Spannung wird Gas ionisiert und wird damit zu Plasma und leitfähig.

"In den Lichtbogen unserer Anlage wird ein Gemisch aus Wasserstoff und fein aufgemahlenem Erz mittels einer Lanze zugeführt", erklärt Rimser. "Das Wasserstoffplasma, das im Lichtbogen entsteht, hat extrem gute Reduktionseigenschaften: Wasserstoff und Sauerstoff verbinden sich zu Wasserdampf – unser einziges Abfallprodukt –, während das reine Eisen nach unten abfließt."

Da kein fossiler Energieträger im Spiel ist, bleibt auch kein Kohlenstoffrest im Eisen, das nun – ohne Konverterprozess – zu Stahl oder anderen Legierungen verarbeitet werden kann.

Eine Herausforderung des Verfahrens liegt in den extrem hohen Temperaturen, mit denen man zurechtkommen muss. Die Hitze im Lichtbogen steigt auf über 5000 Grad Celsius an, was besondere Anforderungen an die Innenauskleidung des Reaktors stellt, die zumindest mehr als 2500 Grad widerstehen können sollte.

Zum Vergleich: Im Hochofen oder im LD-Konverter liegen die Temperaturen bei "nur" 1600 Grad. Rimser und Kollegen arbeiten mit einem speziellen Feuerfestmaterial des Industriepartners RHI Magnesita, dessen genaue Zusammensetzung aber nicht verraten wird.

Optimierungen
Nachdem im zu Ende gehenden Projekt grundsätzlich gezeigt wurde, dass die Wasserstoffplasmareduktion in dieser Dimension machbar ist und das Plasma stabil gehalten werden kann, geht es für die Forscher in den Folgeprojekten darum, die Anlage zu optimieren.

"Von der Gasgeschwindigkeit bis zur Stromstärke gibt es dutzende Parameter, die angepasst werden können, um das Verfahren zu verbessern", erklärt Rimser. "Gleichzeitig muss der Prozess an verschiedene Arten von Eisenerz angepasst werden." Zudem müsse die Energieeffizienz der Anlage verbessert und ein kontinuierlicher Betrieb möglich gemacht werden.

Bis das Verfahren tatsächlich im großindustriellen Maßstab eingesetzt werden kann, wird also noch Zeit vergehen. Ein Umbau der Stahlindustrie in Richtung Wasserstoff wird von den Projektpartnern erst für nach 2035 erwartet.
Bis dahin soll Erdgas für eine Stahlproduktion sorgen, deren CO2-Emissionen immerhin ein Drittel unter jenen des Hochofens liegen. Die Direktreduktion mittels Erdgases ist zwar bereits ein ausgereifter Weg der Stahlherstellung, bleibt aber ein zweistufiges Verfahren. Auch dieser Ansatz kann aber in eine Wasserstoffvariante umgebaut werden.

270 Windräder pro Jahr
Apropos Energieaufwand: Es bleibt die Frage, woher der Wasserstoff für die zukünftige Stahlproduktion eigentlich kommen soll. Heute wird der Energieträger großteils aus Erdgas gewonnen, was die CO2-Problematik nicht löst. Künftig soll auf Elektrolyse von Wasser mittels erneuerbarer Energien gesetzt werden.

Ein Blick auf die Zahlen führt das Problem dabei vor Augen: "Um die österreichische Stahlindustrie CO2-frei werden zu lassen, würde man 33 Terawattstunden (TWh) pro Jahr benötigen. Im Moment werden in ganz Österreich knapp 70 TWh produziert", rechnet Rimser vor. Man müsste also allein für den Zweck der Stahlherstellung die Stromproduktion um 50 Prozent steigern.
"Um den Bedarf mit alternativen Energiequellen decken zu können, müsste man etwa 4.000 Windkraftanlagen mit jeweils vier Megawatt Leistung bauen", veranschaulicht Rimser. Aufgeteilt auf die 15 Jahre bis 2035 – dem anvisierten Beginn der Stahlproduktion mit Wasserstoff – wären das etwa 270 Windräder pro Jahr.
(Alois Pumhösel, 12.2.2020)

Weiterlesen:
Wie das Stahlwerk klimafreundlicher wird
Industrieflaute wird für Arbeitsplätze in der Stahlindustrie zur Gefahr
US-Strafzölle auf weitere Stahl- und Aluminium-Produkte in Kraft
Link
Projekt Su Steel

Neues Verfahren ermöglicht klimafreundliche Stahlherstellung - derStandard.at
 
#4
Rein technisch könnten die Emissionen schon jetzt drastisch reduziert werden - es geht um die Kosten

Lichtbogenöfen (Elektrostahlverfahren) sind schon jahrzehntelang im Einsatz.
Diese Technologie ist jedoch für Massenware viel teurer als beim Hochofenverfahren (wie in Linz/Donawitz) hätte jedoch niedrige Kohlendioxid Werte. Für weitere Emissionen müssten teure und wartungsintensive Filteranlagen installiert werden. Hohe Investitionen.
Allerdings müsste auch der benötigte Rohstoffmix (Schrott, Eisenschwamm und/oder Roheisen) in der gewünschten Menge und Preis verfügbar sein.
Im Falle des bereits vorhandenen Erzberges in der Steiermark würde dann bei der Herstellung des Roheisens (in Österreich) die Emissionen anfallen.
d.h. die Überlegungen, Eisenschwamm in Corpus Christi/Texas zu erzeugen (ohne Probleme mit den Emissionen und billigeren/besseren Erzrohstoffquellen) und diesen dann in den Finalstätten in Österreich weiterzuverwenden.

Lichtbogenofen in Kapfenberg:
Aussendung über das neue Elektrostahlwerk in Kapfenberg Hier
Auch in Sachen Umweltschutz setzt das Investment neue Maßstäbe: Das Kernstück der Anlage – ein Elektrolichtbogenofen, der hochreinen Schrott in Kombination mit verschiedensten Legierungsmetallen zu Edelstählen erschmilzt – wird zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen betrieben. Zudem sorgt ein effizientes Rückgewinnungssystem dafür, dass die erzeugte Wärme werksintern weiterverwendet sowie in das öffentliche Fernwärmenetz eingespeist wird. Was die Kühlung der Produktionsanlagen betrifft, kann dank geschlossener Kreisläufe eine Reduktion der benötigten Kühlwassermengen um bis zu 90 Prozent erzielt werden.

Direktreduktion mit Wasserstoff Projekte auch bei der Konkurrenz
Zudem besteht ebenfalls die Möglichkeit, statt Koks Wasserstoff als Reduktionsmittel einzusetzen.
In diesem Fall würde beim Prozess statt Kohlenstoffdioxid nur Wasserdampf entstehen. Allerdings erfordert dieser Prozess die elektrische Heizung des Erzes, zudem müsste auch der Wasserstoff erst einmal gewonnen werden. SSAB, LKAB und Vattenfall arbeiten zusammen an dem Projekt "HYBRIT", bei dem mit diesem Wasserstoff-Verfahren Stahl erzeugt werden soll. Wenn das Projekt wie geplant im Jahr 2030 im kommerziell-industriellen Maßstab einsatzbereit ist, soll es laut Unternehmen den CO2-Ausstoß von Schweden um 10 % und den CO2-Ausstoß von Finnland um 7 % senken können.

Jedenfalls interessante Entwicklungen....
Infos
 
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