BFI VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

Zur Erprobung der Direktreduktionsroute forscht das BFI mit Anlagen im Pilotmaßstab. Im Rahmen des vom BMWK geförderten Reallabors H₂Stahl baut das BFI eine Direktreduktions-Versuchsanlage und führt Versuchskampagnen durch.

Ein Versuchseinschmelzer wird im vom MWIKE geförderten Projekt DRI-Einschmelzer errichtet. Dabei übernimmt das BFI die wissenschaftliche Leitung für die Versuchskampagnen. Durch die Nähe zu Carbon2Chem sowie zum Stahlwerk kann die gesamte Prozesskette bis zum Roheisen industrienah abgebildet und wissenschaftlich erforscht werden.

Begleitend dazu werden experimentelle Untersuchungen im BFI-Technikum und Simulationen durchgeführt.

Im Rahmen des von der EU geförderten Projektes MaxH₂DR hat das BFI eine Demonstrationsanlage zur Untersuchung der Bewegung von Feststoff- und Gas aufgebaut und kombiniert diese mit einem online-fähigen 3D-Prozessmodell.
 

Zur Verminderung von CO₂-Emissionen in der Prozessindustrie werden am BFI F&E-Projekte zur sicheren und effizienten Verbrennung von H₂, Erdgas und deren Gemischen (bis zu 100 % H₂) durchgeführt (HYDREAMS, H₂-DisTherpro, H₂-Ziegel, H₂-HotRoll). Dabei werden Brenner von 50 – 600 KW Leistung an dem BFI-Hochtemperaturtechnikum und mit Hilfe von CFD-Simulationen (Fluent) systematisch untersucht und für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert. Kleine und mittelständische Unternehmen der Prozessindustrie werden kurz- und mittelfristig vermutlich nicht an das Wasserstoffnetz angeschlossen und können deshalb mit klimaneutralem NH₃ als alternativen Energieträger versorgt werden. Das BFI baut zu den erforderlichen Untersuchungen der industriellen Umsetzung zusätzlich zur H₂- eine NH₃-Infrastruktur an dem eigenen Hochtemperaturtechnikum auf. Hier sollen zusammen mit Projektpartnern systematische Untersuchungen zur sicheren Verbrennung von Ammoniak und Ammoniak/H₂-Gemischen in Thermoprozessanlagen im Rahmen von F&E-Projekten durchgeführt werden.

Zum flexiblen Einsatz von Brenngas und Strom hat das BFI gemeinsam mit seinen Partnern ein hybrides Strahlrohr entwickelt und erfolgreich am Hochtemperaturtechnikum untersucht (HyBeSt). Dieses bietet sich für den Einsatz an Feuerverzinkungsanlagen an, da selbe Baugrößen im Temperaturbereich von bis zu 1300°C eingesetzt werden. Hierfür werden aktuell weitere Entwicklungsarbeiten durchgeführt (Synergie3).

Das BFI entwickelt unterschiedliche Konzepte und Demonstratoren zur Abwärmenutzung im Hochtemperaturbereich, zum Beispiel zur Medienvorwärmung (Brennluft bis 1000°C) (REKUKER, OptiReg 2) oder Stromerzeugung z.B. mittels TEG (thermoelektrischer Generator; bis 600°C) (INTEGA, PowGETEG, InTEGrated) und setzt diese betrieblich um. Ein modularer Aufbau ermöglicht die Leistung anzupassen.

Die meisten neuentwickelten Systeme werden an dem Hochtemperaturtechnikum betriebsnah untersucht.

Das BFI hat gemeinsam mit seinen Partnern ein additiv gefertigtes (3D-Druck) keramisches Ventilatorlaufrad mit einem Durchmesser von 40 cm für den Einsatz in Wärmöfen bei einer Temperatur von bis zu 1300°C entwickelt und an der BFI-Technikumsanlage erfolgreich getestet (INCERV, Veik).

Zudem wurden Gut-Transprotrollen mit einer neuartigen reflektierenden Oberfläche zum Einsatz an Vorwärmöfen (Tofen> 1000°C) von Feuerverzinkungsanalgen entwickelt und im Technikum (MeTA) und im Betrieb erprobt (STEBGUT, ReflexRolle). Zur Senkung von Abwärmeverlusten wurde im Rahmen eines Verbundprojektes ein neuer Verbundwerkstoff, bestehend aus Feuerfestmaterial und Aerogel entwickelt und betrieblich erprobt (AeroRef). Der neuartige Verbundwerkstoff kann bis zu einer Temperatur von 1000°C eingesetzt werden.

Zur Abtrennung von H₂ oder CO₂ aus Gasmischungen werden im BFI Membranverfahren untersucht. Dazu wird in dem vom BMWK geförderten Projekt MemKoWi eine Membrananlage im Technikum sowie eine industrietaugliche, mobile Versuchsanlage in einem Container aufgebaut. Anwendungsbereiche sind zum Beispiel die Abtrennung von H₂ aus Abgasen der Stahlerzeugung, die Aufreinigung von H₂ aus Prozessgasen sowie die H₂-Rückgewinnung beziehungsweise Kreislaufführung an kontinuierlichen Glühlinien.

Zur effizienten Brenngasnutzung werden Beheizungskonzepte analysiert, weiterentwickelt und individuell optimiert. Hierzu gehören u.a. die messtechnische Erfassung und Ausregelung von Gasbeschaffenheitsschwankungen (SelGaKat), Medienvorwärmung bis 1250°C sowie Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft. Hierfür wurden Messsysteme zur schnellen und präzisen Bestimmung verbrennungstechnischer Kenngrößen entwickelt und betrieblich eingesetzt.

Zur Verringerung des Energiebedarfs und der CO₂-Emissionen werden die komplexen Vorgänge im Elektrolichtbogenofen und im Hochofen mit Hilfe numerischer Simulation, neuen Messtechniken und dynamischen Prozessmodellen untersucht. Hierzu müssen neue Methoden entwickelt werden, um die Simulationsrechnungen mit vertretbarem Rechenzeit- und Speicherplatzbedarf durchführen zu können (SimulEAF). Die dynamischen Prozessmodelle werden kontinuierlich erweitert und zusätzlich neue Messtechniken integriert, um eine präzisere energetische Prozessführung zu ermöglichen (siehe DiGreeS).

Eine solche neue innovative Messtechnik ist beispielsweise die faseroptische Messung der Temperatur an der thermisch hochbelasteten Spitze von Hochofenblasformen. Die Ergebnisse dieser Messungen fließen in Prozessmodelle und Blasformsimulationen ein und liefern einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung von Maßnahmen zur Verlängerung der Standzeit von Hochofenblasformen.