Sul4Fuel
Wasserstoff in der Zink-/Schwefel-Industrie: Entwicklung einer Pilotanlage zur SO2-depolarisierten Elektrolyse
Laufzeit: 1.9.2022 - 31.8.2026
Die Industrie in Deutschland ist zum Teil besonders energieintensiv und gehört zu den größten Emittenten von Treibhausgasen. Die Dekarbonisierung der Industrie ist somit ein entscheidender Schritt für das Erreichen der Klimaziele und einer nachhaltigen Wirtschaft. Ein möglicher Lösungsweg könnte die SO2-depolarisierte Elektrolyse (SDE) darstellen. In diesem Prozess kann Wasserstoff und Schwefelsäure unter Einsatz von Schwefeldioxid erzeugt werden. Im Projekt Sul4Fuel soll dies in der Zink-/Schwefelsäurerecycling-Industrie getestet werden – mit dem Ziel eine klimaneutrale Alternative zu bestehenden Prozessen zu schaffen.
Die SO2-depolarisierte Elektrolyse basiert auf der Technologie der Polymer Elektrolyt Membran (PEM) Elektrolyse zur Wasserspaltung. Sie ist ein vielversprechendes Elektrolyse-Verfahren, um aus einer SO2/H2O-Mischung Wasserstoff und Schwefelsäure zu erzeugen. Dieser Prozess ist thermodynamisch besonders effizient und ermöglicht die Erzeugung von Schwefelsäure, welche im Rahmen der Kreislaufwirtschaft direkt in einem Prozess zur Aufarbeitung zinkhaltiger Abfälle eingesetzt wird. Der Wasserstoff kann dann verwendet werden, um fossile Energieträger beim Schwefelsäurerecycling zu ersetzen.
Umsetzung im industriellen Maßstab
Schwefelsäure fällt nämlich als Abfallprodukt in der Chemieindustrie an. Das Unternehmen Grillo nutzt diese gebrauchte Schwefelsäure und verarbeitet sie am Standort Duisburg weiter. Die Schwefelsäure wird bei hohen Temperaturen gespalten, um Schwefeldioxid zu erzeugen. Der chemische Prozess benötigt allerdings Betriebstemperaturen von mehr als 1.000 Grad Celsius, welche bislang durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern erzeugt wird. Um diese zu ersetzen, kann der durch die SDE produzierte Wasserstoff verwendet werden. Es entsteht eine Kreislaufwirtschaft.
Im Rahmen des Projekts Sul4Fuel soll die innovative Technologie im industriellen Maßstab erprobt werden. Die Technologie der SDE muss dazu weiterentwickelt werden. Sie ist bislang an der finnischen Aalto-Universität mit dem Technologie-Reifegrad (TRL) von vier bis fünf erprobt worden. Das entspricht einem Versuchsaufbau im Labor und einem Versuchsaufbau in der Einsatzumgebung. Mit dem Projekt soll die Umsetzung im Pilotmaßstab erfolgen und der TRL sechs bis sieben erreicht werden, was einem Prototypen in der Einsatzumgebung und einem Prototypen im Einsatz (1–5 Jahre) entspricht. Dies will das Projekt-Team an den Grillo-Werken am Standort Duisburg umsetzen.
Das Ziel des Projektes ist die Hochskalierung eines SDE-Elektrolyseurs. Gleichzeitig erörtert das Projektteam mögliche Pfade für dessen kommerziellen Einsatz. Durch das Projekt wird die Technologie vorangebracht und eröffnet neue Möglichkeiten für eine effiziente Produktion von Wasserstoff.
Kommerzielle Einsatzmöglichkeiten
Aus Sicht der Grillo AG ergibt sich die Übertragbarkeit der erzielten Ergebnisse auf andere Industrien mit den unterschiedlichsten SO2-Quellen. Dabei steht vor allem die weltweite Produktion von Nichteisenmetallen wie Blei, Zink und Kupfer im Vordergrund. Denn in der üblicherweise nachgeschalteten Schwefelsäureanlage wird ein sehr großer Aufwand betrieben, um zum einen die SO2-Gasströme zu homogenisieren und zum anderen den Gesamtumsatz an SO2 auf genehmigungsrechtliche Emissionswerte zu reduzieren. Dem Sul4Fuel-Ansatz zufolge kann stattdessen ein SO2-beladener Gasstrom entnommen werden, um damit die Produkte Schwefelsäure und Wasserstoff zu erzeugen.
Bei erfolgreicher Entwicklung der Technologie kann sie aus Sicht der Hugo Petersen GmbH zudem bei der Verwertung von SO2 aus verschiedensten Gasquellen angewendet werden. Insbesondere der Einsatz in Sekundär-Gasen der Nichteisenmetall-Verhüttung oder in Schwefelsäureanalgen mit reduzierter Konversion nach V2O5-Kontakten ist denkbar. Dabei würde die erzeugte Schwefelsäure in der klassischen Schwefelsäurekontaktanlage als Verdünnungsmedium eingesetzt.
Der innovative Ansatz des Projektes Sul4Fuel ermöglicht diverse kommerzielle Einsatzmöglichkeiten und kann eine klimaneutrale Alternative schaffen, um dem Ziel der Dekarbonisierung der Industrie näher zu kommen.
Projekt | Sul4Fuel |
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Laufzeit | 1.9.2022 - 31.8.2026 |
Projektbeteiligte |
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Förderung | Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. |