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 schwer zu dekarbonisieren. Die technologische Lücke und die langfristigen Herausforderungen bestehen in der Realisierung einer kostengünstigen und energieeffizienten Produktion auf Basis alternativer Reduktionsmittel (CO2-neutraler Wasserstoff und CO2-neutraler Kohlenstoff).
CO2-Reduktion in der Stahlerzeugung - ein heißes Thema unserer Forschung
Industrielle CO2-Emissionen können in zwei Gruppen unterteilt werden:
Prozessbedingte CO2-Emissionen aus der stofflichen Nutzung kohlenstoffhaltiger Energieträger und sonstiger Rohstoffe
Direkte energiebedingte CO2-Emissionen aus der Verwendung von Brennstoffen zur Bereitstellung von Energie, z. B. von Prozesswärme oder Strom (in Kraftwerken der Industrie) oder indirekte energiebedingte CO2-Emissionen aus der vorgelagerten Erzeugung des am Industriestandort eingesetzten Stroms.
Die verschiedenen Ursachen der CO2-Emissionen erfordern in der Regel auch unterschiedliche Ansätze und Maßnahmen zur Minderung in den verschiedenen Industriebranchen.
Die Abteilung Kohlenstoffarme Reduktionsmittel untersucht daher für verschiedene Industriezweige Prozessumstellungen zur Vermeidung prozessbedingter CO2-Emissionen durch Anpassung der bestehenden Verfahren sowie die Substitution der emissionsverursachenden Rohstoffe. Wo die Möglichkeiten der CO2-Vermeidung ausgeschöpft sind, wird die Abscheidung und anschließende Verwendung von CO2 (Carbon Capture and Utilization (CCU)) untersucht.
Bei der Prozessentwicklung und -anpassung fließen zudem die Forschungsergebnisse der anderen beiden Institutsabteilungen, SVD und HTP, ein. Durch Steigerung der Effizienz von Energieumwandlung und -nutzung sowie der zunehmenden Implementierung erneuerbarer Energien kann schrittweise eine signifikante Minderung der energiebedingten CO2-Emissionen erreicht werden.
Beispiele für die Forschungs- und Entwicklungsthemen der Abteilung Kohlenstoffarme Reduktionsmittel sind:
Dekarbonisierung der Stahlherstellung unter Nutzung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff als Reduktionsmittel
CFD-Simulationen zur Bewertung der erreichbaren Konversionsraten mit alternativen Reduktionsmitteln
Herstellung von synthetischen festen Reduktionsmitteln aus Biomasse unter Einbeziehung von CO2-neutraler Hochtemperaturwärme aus erneuerbarem Strom
Experimentelle Überprüfung auf Komponentenebene im Labormaßstab
Emissionsreduzierung durch die Nutzung von CO2 aus Kohlekraftwerken zur Herstellung von Synthesegas, gefolgt von der Herstellung synthetischer Kraftstoffe und chemischer Grundstoffe
Vergleichende techno-ökonomische Analyse der Dekarbonisierung industrieller Prozesse mit gasförmigen und festen Reduktionsmitteln.
Diese Themen sind die Herausforderungen der Abteilung, um energieintensive Industriezweige auf dem Weg der Energiewende zu begleiten und geeignete CO2-arme Schlüsseltechnologien bereitzustellen.
Eisenherstellung mit Synthesegas: Die Entwicklung detaillierter heterogener Mechanismen (links) und deren Integration in eine mehrphasige CFD-Umgebung (rechts) ermöglicht ein besseres Verständnis des sogenannten Direktreduktionsprozesses und seiner anschließenden Optimierung.
Kontakt:
Prof. Dr. Uwe Riedel Institut für CO2-arme Industrieprozesse Schwenninger Weg 1 02763 Zittau Uwe.Riedel@dlr.de Tel.: +49 355 355645 01