Die Entwicklung detaillierter heterogener Mechanismen und deren eindimensionale Modellierung ermöglichen eine Integration in eine mehrphasige CFD-Umgebung für ein besseres Verständnis des sogenannten Direktreduktionsprozesses.
Die Industrie ist in Deutschland nach der Energiewirtschaft der Sektor mit dem zweithöchsten Treibhausgasausstoß. Industrielle Prozesse, z. B. der Stahl-, Zement- oder Aluminiumindustrie, die derzeit Erdgas, Kohle, Koks oder Graphit als Reduktionsmittel, Elektrodenmaterial oder Brennstoff verwenden, sind nicht durch "einfache" Elektrifizierung zu dekarbonisieren.
Die technologische Lücke und die langfristigen Herausforderungen bestehen in der Anpassung der verfahrenstechnischen Prozesse auf Basis alternativer Reduktionsmittel (CO₂-neutraler Wasserstoff und CO₂-neutraler Kohlenstoff). Dort wo die Möglichkeiten der CO₂-Vermeidung ausgeschöpft sind, kann mithilfe von Carbon Capture and Utilisation (CCU) CO₂ abgeschieden und erneut verwendet werden.
Die Abteilung
Die Abteilung Kohlenstoffarme Reduktionsmittel (LCR) untersucht daher für verschiedene Industriezweige Prozessumstellungen zur Vermeidung von CO₂-Emissionen durch die Substitution der emissionsverursachenden Rohstoffe sowie Anpassung der bestehenden Verfahren.
Viele energieintensive Prozesse in der Industrie verarbeiten Feststoffe bei hohen Temperaturen in oxidierenden oder reduzierenden Atmosphären. Für diese heterogenen Systeme hat die Abteilung eine Methodik entwickelt, um alternative Verfahren mit kohlenstoffarmen Energieträgern zu untersuchen. Empirische Untersuchungen in Pilotreaktoren sowie CFD-Simulationen von Gas-Feststoff-Systemen bilden die Grundlage für die Validierung sowie Skalierung der Prozesse auf Industriemaßstab.
Beispiele für die Forschungs- und Entwicklungsthemen der Abteilung LCR sind:
Dekarbonisierung der Stahlherstellung unter Nutzung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff als Reduktionsmittel
gezielte Einbringung von Biomasse in den Direktreduktionsprozess
Reduktion von Eisenoxiden zur weiteren Verwendung als metallischer Energieträger
Retrofit von Kohlekraftwerken zur Verbrennung von metallischen Energieträgern
CO₂-Abscheidung unter Produktion von Graphit und Wasserstoff
Bei der Prozessentwicklung und -anpassung fließen zudem die gewonnenen Erkenntnisse in die Arbeit der Abteilung für Simulation und virtuelles Design (SVD) ein. Durch Steigerung der Effizienz von Energieumwandlung und -nutzung sowie durch die zunehmende Implementierung erneuerbarer Energien kann schrittweise eine signifikante Minderung der CO₂-Emissionen erreicht werden.
Kontakt
Prof. Dr. Uwe Riedel
Institutsdirektor
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für CO2-arme Industrieprozesse
Weinbergstraße 10, 03050 Cottbus
Dr.-Ing. Quentin Fradet
Abteilungsleiter (kommissarisch)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
