MemKoWI – Membranverfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid und Wasserstoff aus Industriegasen

Teilvorhaben: Wasserstoffabtrennung aus Prozessgasen der Eisen- und Stahlindustrie

Ausgangssituation

Prozessgase bzw. Verbrennungsgase beispielsweise aus der Stahlindustrie enthalten eine Vielzahl von Gasbestandteilen wie H₂ oder CO₂, die aus umwelttechnischer, energetischer und wirtschaftlicher Sicht genutzt werden müssen.
Die Membrantechnologie zeichnet sich durch Modularität und damit einfache Anpassbarkeit an verschiedenste Einsatzgasmengen aus. Dies betrifft insbesondere ihre Flexibilität hinsichtlich des dynamischen Betriebs.
Die betrachteten Gaskomponenten CO₂ und H₂ stellen im Kontext der Energie- und Rohstoffwende Einsatzstoffe für die Erzeugung von Energieträgern und industriellen Grundstoffen mittels Power-to-X Verfahren dar.
Wasserstoff besitzt eine stetig wachsende Bedeutung als Ausgangsstoff in vielen Industrieprozessen, als Reduktionsgas in der Stahlindustrie, als flexibler Energieträger, zur CO₂-Aktivierung oder im Bereich der Mobilität.

Arbeitspunkte im Projekt

Umsetzung der Gaspermeation als effizientes Verfahren zur Abtrennung von H₂ und CO₂ aus verschiedenen Prozessgasen in ausgewählten Industriesegmenten.
Konstruktion und Aufbau einer neuen Technikums-Membrananlage in ein- und zweistufiger Verfahrensführung zur gezielten Abtrennung von Wasserstoff aus Prozessgasen der Eisen- und Stahlindustrie.
Untersuchung verschiedener H₂-selektiver Polymer- und keramischer Membranen mit synthetischen Gasen im BFI-Technikum, um Aussagen zur Leistungsfähigkeit der neuartigen Membranen zur Wasserstoffabtrennung zu ermitteln.
Betrieb der neuen Testanlage am Standort der Dillinger Hütte mit realen Prozessgasen. Ziel ist die Bestimmung der H₂-Ausbeute und -Reinheit in der industriellen Anwendung, der Membranstabilität im industriellen Einsatz und des Einflusses der Betriebsdrücke und -temperaturen auf das Trennverhalten.
Erarbeitung eines Verfahrenskonzeptes zur Implementierung des Verfahrens in das bestehende Gasverbundnetz.

Angestrebte Ergebnisse

Entwicklung eines industriell umsetzbaren Verfahrens für die Abtrennung von H₂ und CO₂ aus unterschiedlichen Prozess- und Abgasströmen mit neuentwickelten Polymermembranen und innovativen keramischen Membranen.
Etablierung der Membrantechnologie als Option für die bedarfsgerechte Abtrennung von CO₂ und H₂.
Bereitstellung und Einsatz von Wasserstoff für die direkte Anwendung in den Prozessen der Stahlindustrie, bspw. bei der Direktreduktion oder der Aktivierung von CO₂. Hierdurch werden die CO₂-Emissionen in der industriellen Produktion verringert.
Erstellung eines Verfahrenskonzeptes zur Etablierung einer kostengünstigen, industrietauglichen Technologie für die Bereitstellung von Wasserstoff oder alternativ als Vorbehandlungsstufe in Kombination mit weiteren Gasreinigungsverfahren (z.B. Gaswäscher, PSA).

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