Betrachtung des Einsatzes von Wasserstoff in Gießereien zur Reduzierung der CO2-Emissionen

Martin Adendorff
Linde GmbH

Nicht nur durch die Pariser Klimaziele sind die Anforderungen an die Gießereien in Bezug auf CO2 Emissionen gestiegen. Zu Beginn des Jahres 2021 wurde in Deutschland die nationale CO2 Steuer eingeführt, die nun auch Unternehmen betrifft, die in der Vergangenheit über den europäischen Zertifikate Handel (EU-ETS) ausgenommen waren.

Erzeugung von Wasserstoff:

Wasserstoff kann eine Möglichkeit sein die CO2 Emissionen in Gießereien zu reduzieren. Dabei ist es an erster Stelle wichtig, wie der Wasserstoff hergestellt wurde. Zur Reduzierung der CO2 Emissionen muss der eingesetzte Wasserstoff aus regenerativen Energiequellen und damit grün erzeugt werden. Die derzeit größten Mengen an Wasserstoff werden über den Dampfreformierungsprozess aus Erdgas gewonnen. Grüner Wasserstoff hingegen kann über Elektrolyseverfahren, wie zum Beispiel der PEM Elektrolyse und grünem Strom erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass Sauerstoff als Beiprodukt anfällt.

Einsatz von Wasserstoff:

Die einfachste Variante in einer Gießerei CO2 Emissionen durch den Einsatz von Wasserstoff einzusparen sind die klassischen Verbrennungsprozesse. Hier kann es sich um Brenner zur Pfannenbeheizung oder Zusatzbrenner der Schmelzaggregate handeln. Der erste Schritt hin zur Wasserstoffverbrennung ist die Umstellung der Verbrennungsprozesse von Luftverbrennung auf Sauerstoffverbrennung. Hintergrund dieses Umstandes ist, dass durch denn Wegfall des Stickstoffes aus der Luft der Brennstoffbedarf signifikant reduziert wird. Zum einen kann durch diesen ersten Schritt an den jeweiligen Aggregaten bis zu 35 % der Emissionen eingespart werden, zum anderen wird der Brennstoffbedarf signifikant reduziert. Dies ist wichtig für die Installations- sowie Betriebskosten der jeweiligen PEM Elektrolyse Anlagen.

Aussicht:

In wieweit sich die Kosten durch den Einsatz von grünem Wasserstoff in einer Gießerei verändern ist maßgeblich von den Rahmenbedingungen, wie Erdgaspreis, Entwicklung der CO2 Bepreisung oder Stromkosten abhängig. Auch Förderpotenziale für Anlagen zur Erzeugung von grünem Wasserstoff spielen eine Rolle.

The use of hydrogen in foundries to reduce CO2 emissions

Martin Adendorff
Linde GmbH

It is not only the Paris climate targets that have increased the demands on foundries with regard to CO2 emissions. At the beginning of 2021, the national CO2 tax was introduced in Germany, which now also affects companies that were exempt in the past via the European emissions trading system (EU-ETS).

Hydrogen production:

Hydrogen can be a way to reduce CO2 emissions in foundries. Firstly, it is important how the hydrogen is produced. To reduce CO2 emissions, the hydrogen used must be produced using renewable energy sources for it to be considered green. Currently, most hydrogen is produced from natural gas via the steam reforming process. Green hydrogen, on the other hand, can be produced via electrolysis processes such as PEM electrolysis and green electricity. Another advantage of this process is that oxygen is a by-product.

Use of hydrogen:

The simplest method to save CO2 emissions in a foundry is by using hydrogen in the classic combustion processes. These can be burners for ladle heating or auxiliary burners for the melting units. The first step towards hydrogen combustion is the conversion of the combustion processes from air combustion to oxygen combustion. The background to this is that the elimination of nitrogen from the air significantly reduces the fuel requirement. On the one hand, this first step can save up to 35 % of the emissions at the respective units, and on the other hand, the fuel consumption is significantly reduced. This is important for the installation as well as operating costs of the respective PEM electrolysis plants.

Outlook:

The extent to which the costs change with green hydrogen in a foundry depends to a large extent on the framework conditions, such as the price of natural gas, the development of CO2 taxes and electricity costs. The potential for subsidies for green hydrogen production plants also plays a role.