Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
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RenewableSteelGases

Einbindung erneuerbarer Energie in die Stahlproduktion zur Energieeffizienzsteigerung und Reduktion der CO2-Emissionen

 

Synopsis:

Im Rahmen des Projektes werden gesamte Prozessketten zur Nutzung von Kuppelgasen aus einem integrierten Stahlwerk entwickelt und experimentell untersucht, bei denen mittels einer Wasserelektrolyse erneuerbarer Strom und Biomasse in einer Zweischichtwirbelbettvergasung zur H2-Erzeugung verwendet werden, um ein Kuppelgasgemisch katalytisch zu methanieren. Hauptziele dabei sind, eine wesentliche Reduktion der CO2-Emissionen, die Steigerung der Energieeffizienz in der Produktion, die Einbindung erneuerbarer Energien und die chemische Speicherung von Überschussenergie.

 

Kurzfassung:

In modernen Stahlwerken ist das Energieeffizienzpotential durch herkömmliche Prozess-optimierungen bereits weitgehend ausgeschöpft. Daher besteht die Notwendigkeit, durch neue, innovative Ansätze die Stahlproduktion energie- und ressourceneffizienter sowie klimafreundlicher zu gestalten, nicht zuletzt um die globale Wettbewerbsfähigkeit am Produktionsstandort Österreich zu erhalten.

In einem Stahlwerk fallen energiereiche, CO-, CO2- und H2-haltige Gase, sogenannte Kuppelgase, aus unterschiedlichen Prozessen an, die nach dem Stand der Technik innerhalb des integrierten Hüttenwerks energetisch verwertet werden. Das Projekt setzt sich zum Ziel, durch Entwicklung von gesamten Prozessketten zur energieeffizienten Nutzung geeigneter Kuppelgase unter Einbindung erneuerbarer Energie die Energieeffizienz in der Stahlproduktion zu erhöhen und die Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Als Kuppelgase kommen dabei Kokereigas, Tiegelgas und möglicherweise auch Gichtgas aus dem Hochofen in Frage, die unterschiedliche Zusammensetzungen, insbesondere hinsichtlich des Gehaltes an CO, CO2, H2, CH4 und N2 aufweisen. Durch Einbindung einer Power-to-Gas (PtG) Anlage wird mittels Wasserelektrolyse erneuerbarer Strom zur H2-Erzeugung verwendet, der für eine nachfolgende Methanierung der Kuppelgase genutzt wird. Des Weiteren soll die Einbindung einer Wirbelschicht-Biomassevergasung zur Bereitstellung von H2 und CO2 betrachtet werden. Dabei stellen sich sowohl Fragen der optimalen Verschaltung, z.B. welche Kuppelgase aufgrund ihrer Zusammensetzung und ihres mengenmäßigen und zeitlichen Anfalles im Hüttenwerk besonders als Edukte für die Methanierung geeignet sind, als auch in wie weit diese Gase vor einer Methanierung aufbereitet werden müssen. Es wird im Projekt abzuwägen sein, ob eine CO2/CO-Abtrennung vor der Methanierung aus energetischer und ökonomischer Sicht zielführender ist als eine Aufbereitung des Produktgases aus der Methanierung für eine Einspeisung ins Erdgasnetz. Alternativ kann das nicht aufbereitete Produktgas aus der Methanierung auch innerhalb des integrierten Hüttenwerkes als Ersatz für fossiles Erdgas verwendet werden.

Die Einbindung erneuerbarer Energien verspricht durch Integration in das Umfeld eines Stahlwerkes eine signifikante Erhöhung der Energieeffizienz in der Produktion, eine wesentliche Reduktion der CO2-Emissionen sowie die chemische Speicherung von Überschussenergie, die innerhalb und außerhalb des Hüttenwerkes verwendet werden kann. Durch die synergetische Nutzung von Nebenprodukten der PtG-Anlage innerhalb des Hüttenwerkes, insbesondere O2, sind weitere energetische Effizienzsteigerungen sowie Kosteneinsparungen zu erwarten, die die Wirtschaftlichkeit der Prozesskette erhöhen.

Als Ergebnis des Projektes sollen eine oder mehrere optimale Verschaltungsvarianten einer PtG- und Biomassevergasungsanlage mit einem integrierten Hüttenwerk vorliegen, die Erhöhung der Energieeffizienz der Stahlproduktion im Vergleich zur Herstellung nach dem Stand der Technik (BAT) sowie das CO2-Einsparpotential quantifiziert werden und ein Basic Engineering einer derartigen Prozesskette zur am Projekt anschließenden Umsetzung im Demonstrationsmaßstab erarbeitet sein.

 

Bildmaterial von voestalpine:

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Projektpartner:

  • Montanuniversität Leoben, Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Lehner (Konsortialführung)
  • K1-MET GmbH
  • Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften
  • Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz
  • voestalpine Stahl GmbH
  • voestalpine Stahl Donawitz GmbH

 

 

 

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms "Energieforschung" durchgeführt.

 

 

 

 

 

 

TU Wien Kontakt / Projektleitung:

Stefan Müller

Mitarbeiter:

Johannes Schmid

Anna Mauerhofer

Hermann Hofbauer

Josef Fuchs

Florian Benedikt

Projektstatus:

Kick-Off-Phase