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Reallabor H2Stahl: Thyssenkrupp testest in Duisburg den Einsatz von Wasserstoff im Hochofen

Einsatz von Wasserstoff
H2Stahl startet am Standort Duisburg von Thyssenkrupp Steel

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Das Aufgabenpakets des Reallabors der Energiewende H2Stahl umfasst unter anderem die Ausweitung des Wasserstoffeinsatzes auf den gesamten Hochofen 9 am Standort Duisburg von Thyssenkrupp Steel. Bild: Thyssenkrupp Steel

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit 37 Millionen Euro geförderte Reallabor der Energiewende mit dem Namen H2Stahl geht in die Umsetzung. Beim seinem Start in Duisburg stellten die Konsortialpartner Air Liquide Deutschland, Thyssenkrupp Steel und das VDEh Betriebsforschungsinstitut (BFI) nun die Weichen für die ersten Schritte. Die Gesamtkosten des auf fünf Jahre geplanten Projekts liegen im hohen zweistelligen Millionenbereich.

Der operative Start von H2Stahl markiert den nächsten wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu einer klimaneutralen Stahlproduktion. Mit H2Stahl werden nicht nur wichtige Erkenntnisse für den Umstieg auf die Direktreduktion gesammelt: Durch den Wasserstoffeinsatz am Hochofen können – je nach Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff – bereits erhebliche CO2-Minderungen erzielt werden.

H2Stahl testet Wasserstoffeinsatz im Hochofen

Am 11. November 2019 hat Thyssenkrupp Steel als erstes Unternehmen weltweit Wasserstoff in einen laufenden Hochofen eingeblasen. Der Wasserstoff ersetzt dabei Kohlenstaub als zusätzliches Reduktionsmittel. Das Ziel: CO2-Emissionen reduzieren – denn im Gegensatz zu Kohlenstoff reagiert der Wasserstoff im Hochofen nicht zu CO2, sondern zu Wasser.

Die erste vom Wirtschaftsministerium NRW geförderte Testreihe, die an einer Blasform des Hochofens 9 in Duisburg durchgeführt wurde, konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Im Mittelpunkt standen insbesondere Erkenntnisse über die Anlagentechnik unter den Bedingungen des Wasserstoffeinsatzes.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Reallabors H2Stahl wird der Wasserstoffeinsatz nun auf alle 28 Blasformen des Hochofens ausgeweitet. Forschungsziele sind

  • die Einflüsse industriellen Wasserstoffeinsatzes auf die metallurgischen Prozesse im Hochofen zu untersuchen,
  • Parameter für einen effizienten Reduktionsmitteleinsatz zu entwickeln
  • und am wichtigsten ist es den Wasserstoffeinsatz als Brückentechnologie zur technischen CO2-Minderung an bereits bestehenden Hochofenanlagen zu verankern.

Sofern grüner Wasserstoff in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht, ist an einem Aggregat eine CO2-Minderung von bis zu 20 Prozent möglich. Grundlage der Förderung ist die Überzeugung, dass bei der Transformation des Energiesystems die Industrialisierung des Wasserstoffeinsatzes dabei helfen wird, die deutsche Stahlindustrie nicht nur klimafreundlich, sondern auch zukünftig wettbewerbsfähig zu halten.

Anbindung an Wasserstoff-Infrastruktur durch neue Pipeline

Im Rahmen der Erweiterung des Wasserstoffeinsatzes auf alle 28 Blasformen des Hochofens 9 wird zugleich die werksinterne Infrastruktur auf eine großindustrielle Versorgung mit Wasserstoff vorbereitet. Dies umfasst auch die Anbindung an die bestehende Wasserstoff-Infrastruktur von Air Liquide. Um eine kontinuierliche Wasserstoffversorgung des Hochofens zu sichern, wird vom Projektpartner Air Liquide eine rund sechs Kilometer lange Pipeline gebaut werden. Diese verbindet das Duisburger Stahlwerk mit dem Produktionsnetzwerk von Air Liquide.

Direktreduktions-Versuchsanlage zur Vorbereitung des Technologiewechsels

Um den entscheidenden Technologiewechsel von der klassischen Hochofentechnologie zur wasserstoffbasierten Direktreduktion vorzubereiten, wird im Rahmen von H2Stahl außerdem eine Direktreduktions-Versuchsanlage gebaut werden.

In der neu zu konzipierenden, vom BFI betriebenen und wissenschaftlich betreuten Anlage soll der Einsatz von wasserstoffhaltigen Prozessgasen in Kombination mit Erdgas und reinem Wasserstoff erprobt werden. Neben marktüblichen Einsatzmaterialien für Direktreduktionsanlagen werden auch weitere eisenoxidhaltige Einsatzstoffe, bis hin zu potenziell geeigneten Reststoffen, zum Einsatz kommen.

Für die wissenschaftliche Auswertung wird die Direktreduktions-Versuchsanlage mit zusätzlicher Messtechnik ausgestattet werden. Begleitet werden die Untersuchungen in der Versuchsanlage durch Modellierungen sowie Sonderuntersuchungen im Technikum des BFI. Im Vordergrund der geplanten Arbeiten stehen die Untersuchung der Reduktionsprozesse und der Verfahrensparameter, um einen reibungslosen Übergang auf die späteren Großanlagen zu gewährleisten.

Thyssenkrupp plant die Fertigstellung der ersten industriellen Direktreduktionsanlage inklusive Einschmelzer für das Jahr 2025. (eve)

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