H2loop - Nachhaltige Dekarbonisierung integrierter Stahlwerke durch Wasserstofferzeugung mittels Chemical Looping

Ausgangssituation:

  • Die europäische Stahlindustrie steht vor der Herausforderung, ihre CO₂-Emissionen bis 2030 um 55 % zu reduzieren und bis 2050 klimaneutral zu werden, ohne dabei ihre Wettbewerbsfähigkeit zu verlieren.
  • Alle großen europäischen Stahlproduzenten haben Transformationsfahrpläne veröffentlicht, um die Vorgaben des EU-Klimaplans zu erfüllen.
  • Die Umstellung von der klassischen Hochofen-Konverter-Route auf klimafreundlichere Produktionsverfahren erfordert schrittweises Handeln und langfristige Planung.
  • Die steigende Bedeutung von Wasserstoff als zukünftiges Reduktionsmittel stellt neue Anforderungen an Verfügbarkeit, Infrastruktur und Wirtschaftlichkeit.
  • Ein wesentlicher Hemmfaktor für die Dekarbonisierung könnte die unzureichende Bereitstellung von kostengünstigem, grünem Wasserstoff sein.
  • Parallel zur Transformation müssen die Stahlwerke ihre wirtschaftliche Leistungsfähigkeit sichern und gleichzeitig die CO₂-Ziele erreichen.

Projektziele:

  • Entwicklung und Demonstration eines innovativen chemischen Looping-Prozesses (CLH) zur effizienten, emissionsfreien und kostengünstigen Wasserstoffproduktion aus metallurgischen Gasen der Stahlindustrie.
  • Nutzung und Aufwertung vorhandener Prozessgase (z. B. Hochofengas, Konvertergas) zur Erzeugung von hochreinem Wasserstoff (> 99 %), sowie wertvollen Nebenprodukten wie CO₂/N₂-reichen Gasen und nutzbarer Prozesswärme.
  • Demonstration des CLH-Verfahrens im industriellen Maßstab mit 24/7-Betrieb, Echtzeitregelung und KI-gestützten Soft-Sensoren zur Optimierung von Effizienz und Prozessüberwachung.
  • Modulare Sauerstoffträgermaterialien mit hoher Reaktivität und Langzeitstabilität (> 10 Jahre) für den großtechnischen Einsatz.
  • Konzepte für aktuelle und zukünftige Stahlwerksstrukturen (BF-BOF, DR-EAF) mit integriertem CLH Prozess.
  • Energie- und Wirtschaftlichkeitsanalysen einschließlich Lebenszyklusbewertung (LCA) zur Bewertung von Ressourceneffizienz und Umweltvorteilen.
  • Scale-up-Konzepts und eines Businessplans für die industrielle Implementierung des CLH-Verfahrens in der europäischen Stahlindustrie.

Innovative Ansätze:

  • Einsatz des chemischen Looping-Verfahrens (CLH) zur hocheffizienten, emissionsfreien Wasserstoffproduktion aus metallurgischen Prozessgasen (z. B. vom Hochofen).
  • Dreistufiger Reaktionsprozess für Reduktion, Wasserstofferzeugung und Wärmerückgewinnung, basierend auf Eisenoxid als Sauerstoffträger mit hoher Reaktivität und Stabilität.
  • Integration des CLH Prozess in bestehende und zukünftige Stahlwerksrouten (BF-BOF, DR-EAF) zur Bereitstellung von Wasserstoff, Wärme und CO₂-/N₂-Strömen für CCU/S-Anwendungen.
  • Steigerung der Energieeffizienz durch Rückführung der Prozesswärme zur Eigenversorgung der Reaktoren und Minimierung des externen Energiebedarfs.
  • Vermeidung von Kohlenstoffablagerungen durch optimierte Temperaturführung und optionale Dampfeindüsung.

Nutzen für die Industrie:

  • Signifikante Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks durch Nutzung und Aufwertung metallurgischer Prozessgase zu hochreinem Wasserstoff, Wärme sowie CO₂-/N₂-Strömen für CCU/S-Anwendungen.
  • Steigerung der Energieeffizienz und Senkung des externen Energiebedarfes durch chemisches Looping mit internem Wärmerückgewinnungssystem.
  • Erhöhung der Ressourceneffizienz durch vollständige Nutzung der enthaltenen Energie- und Stoffströme und Vermeidung von Emissionen aus Gasverbrennung.
  • Flexible Integration in bestehende und zukünftige Produktionsrouten (BF-BOF, DR-EA) zur schrittweisen Dekarbonisierung der Stahlproduktion.
  • Schaffung neuer Wertschöpfungspotenziale durch Nutzung der Nebenprodukte (z. B. CO₂ für chemische Synthesen, Abwärme für Stromerzeugung) für maximale Energie- und Ressourceneffizienz
  • Sicherstellung einer standortunabhängigen, resilienten und wirtschaftlichen Wasserstoffversorgung.
  • Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit durch emissionsfreie, kosteneffiziente und digital überwachte Wasserstoffproduktion vor Ort.

Weitere Informationen:

Webseite: https://h2loop.eu/

LinkedIn: https://www.linkedin.com/company/h2loop-project/

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