Alternative zukünftige Schmelztechnologien für die Eisenguss-Industrie

Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Deike
Universität Duisburg-Essen

Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Spitzer und Gereon Hils
TU Clausthal

Die Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung definiert die Schonung der Umwelt, den sparsamen und effizienten Umgang mit Energieressourcen sowie den Schutz des Klimas als zentrale Herausforderungen einer nachhaltigen Klimaschutz- und Energiepolitik. Für eine wirtschaftlich erfolgreiche Umsetzung dieser Strategie und die Erreichung dieser Ziele müssen mögliche Lösungsansätze technologieoffen sein. Der grundlegende Ansatz ist dabei die Substitution von Energie aus fossilen Kohlenstoffträgern durch regenerative Energie zur CO2 Einsparung.

Für die Eisenguss-Industrie könnte eine Reduzierung der CO2-Emissionen beim Schmelzen mit einem Kupolofen durch eine Einkopplung regenerativ erzeugter elektrischer Energie erreicht werden. Der massive Ausbau der regenerativen Stromerzeugung führt, solange Großspeicher zur Aufnahme von Leistungsspitzen nicht verfügbar sind, zu einem stark volatilen Stromangebot. Daher werden sich vermehrt Perioden mit einer erheblichen Überversorgung ergeben, die zu Problemen mit der Netzstabilität führen können. Industrielle Hybridprozesse, die kurzfristig Überschussmengen an Strom aufnehmen können und bei reduziertem Stromangebot konventionell betrieben werden können, tragen zu einer Lösung dieses Problems bei. Mit einem E-Power-Konverter könnte das Abgas eines Heißwindkupolofens hoch effizient in Phasen mit überschüssigem Strom zu CO oder unter Umständen sogar zu Synthesegas umgewandelt werden. So können Primärrohstoffe nachhaltig geschont und CO2-Emissionen gesenkt werden. Diesem Konzept zur Folge durchströmt das CO2-haltige Abgas eine elektrisch aufgeheizte Koks-, oder Kohleschüttung (> 1000°C) und wird über die Boudouardreaktion

CO2+C ↔2  CO

zu CO umgewandelt, dass wieder in den Kupolofen zurückgeführt oder unter Umständen durch Zugabe von Wasserdampf zur Herstellung von Synthesegas verwendet werden kann. Ein elektrisch beheizter Wirbelschichtreaktor würde auch die Perspektive für den Einsatz von regenerativ anfallenden Bioreststoffen (aus hydrothermaler Karbonisierung, Klärschlämme, Holzreste etc.) eröffnen. Im Falle der Herstellung von Synthesegas würde sich die Möglichkeit bieten, dass Gas einerseits zu speichern und andererseits zur Herstellung weiterer Produkte nutzen zu können.

Die grundsätzliche industrielle Machbarkeit eines solchen Ansatzes wurde in den 20er Jahren unter anderen Randbedingungen durch das WIBERG-SÖDERFORS-Verfahren bewiesen.

Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Deike