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/

Dieses Projekt wird von der Europäischen Union finanziert. Die geäußerten Ansichten und Meinungen entsprechen jedoch ausschließlich denen der Autorinnen und Autoren und spiegeln nicht zwangsläufig die Ansichten der Europäischen Union wider. Weder die Europäische Union noch die bewilligende Stelle können dafür verantwortlich gemacht werden.

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