Das Projekt "Teilvorhaben 1: TUC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Metallurgie durchgeführt. Überschussenergie in Form von Strom aus regenerativer Produktion, der mit relativ geringer und variierender Verfügbarkeit anfällt, soll flexibel und hoch effizient in einem 'Power to Heat' Prozess wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Im Rahmen dieses Projektes soll ein existierendes Konzept im Detail weiterentwickelt, theoretisch validiert und mit Unternehmen der Stahlindustrie und des Anlagenbaus auf die Machbarkeit in der betrieblichen Praxis hin diskutiert werden. Dieses Konzept sieht vor, dass relativ kurzfristig anfallender überschüssiger Strom dazu genutzt wird, das im Abgas eines Hochofens enthaltene CO 2 mit Hilfe der umgekehrten Boudouard-Reaktion zu CO umzusetzen. Zu diesem Zweck wird eine Kohleschüttung in einem entsprechenden Reaktor (E-Power-Konverter) mit dem vorhandenen überschüssigen Strom auf Temperaturen größer als 1000 Grad Celsius aufgeheizt und das Abgas des Hochofens über diese Kohleschüttung geleitet werden. Durch die umgekehrte Boudouard-Reaktion wird das CO 2 zu einem hochwertigen, für die Einleitung in den Hochofen geeignetem Gas aufgewertet werden. Das Gas könnte aber auch in anderen Bereichen eines integrierten Hüttenwerkes verwendet werden. Bei fehlendem Überschussstrom wird der Hochofen in konventioneller Weise betrieben. Neben Kohle soll auch die Verwendung zusätzlicher Reststoffe wie Klärschlamm, hydrothermale Kohle und Bioreststoffe getestet werden. 1. Energetische Bilanzierung des Hochofenprozesses auf der Basis realer Betriebsdaten. 2. Massen- und Energiebilanz eines E-Power-Konverters auf der Basis realer Abgasmengen von Hochöfen. 3. Durchführung von Laborversuchen. 4. Identifikation wesentlicher Problemfelder bei einer großtechnischen Umsetzung. 5. Ermittlung der Potentiale verschiedener Brennstoffe inkl. von Bioreststoffen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: UDE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Technologien der Metalle, Lehrstuhl Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung durchgeführt. Überschussenergie in Form von Strom aus regenerativer Produktion, der mit relativ geringer und variierender Verfügbarkeit anfällt, soll flexibel und hoch effizient in einem 'Power to Heat' Prozess wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Im Rahmen des Projektes E-Power-Konverter soll ein existierendes Konzept im Detail weiterentwickelt, theoretisch validiert und mit Unternehmen der Stahlindustrie und des Anlagenbaus auf die Machbarkeit in der betrieblichen Praxis hin diskutiert werden. Dieses Konzept sieht vor, dass relativ kurzfristig anfallender überschüssiger Strom dazu genutzt wird, das im Abgas eines Hochofens enthaltene CO2 mit Hilfe der umgekehrten Boudouard-Reaktion zu CO umzusetzen. Zu diesem Zweck wird eine Kohleschüttung in einem entsprechenden Reaktor (E-Power-Konverter) mit dem vorhandenen überschüssigen Strom auf Temperaturen größer als 1000 Grad C aufgeheizt und das Abgas des Hochofens über diese Kohleschüttung geleitet. Durch die umgekehrte Boudouard Reaktion wird das CO2 zu einem hochwertigen, für die Einleitung in den Hochofen geeignetem Gas aufgewertet. Das Gas könnte auch in anderen Bereichen eines integrierten Hüttenwerkes verwendet werden. Bei fehlendem Überschussstrom wird der Hochofen in konventioneller Weise betrieben. Neben Kohle soll auch die Verwendung zusätzlicher Reststoffe wir Klärschlamm, hydrothermale Kohle und Bioreststoffe getestet werden. Hierzu wird auf Basis realer Betriebsdaten eine Massen- und Energiebilanz des Hochofenprozesses und des Hochofenprozesses in Kombination mit einem E-Power-Konverter aufgestellt. Im Rahmen von Laborversuchen werden wesentliche Problemfelder bei einer großtechnischen Umsetzung identifiziert.
Das Projekt "Teilprojekt: Simulation der Kupolofenvorgänge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IfG - Institut für Gießereitechnik gGmbH durchgeführt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, auf Basis der Ergebnisse eines Vorprojektes (Simulation der Schüttung sowie der Strömung und Vermischung der Verbrennungsgase an den Winddüsen) und der während des Projektes laufenden Untersuchungen, die Darstellung und Implementierung der wesentlichen chemischen Reaktionen in ein zu entwickelndes dreidimensionales Kupolofenmodell zu überführen. Dabei soll zunächst die Verbrennung, die Boudouardreaktion und die daraus resultierende Gas- und Wärmeströmung im Ofen als Modell erstellt werden. In dem Modell sollen entscheidende Reaktionsmechanismen und thermische Vorgänge des Ofens berechnet werden. Mit entsprechenden Rand- und Anfangswerten wird das Modell dann um einen Feststoffbrenner für kohlenstoffhaltige Materialien erweitert und die daraus resultierenden Stoff- und Energietransporte im Ofen simuliert. Anhand von Variationsrechnungen, gegeben durch unterschiedliche Randbedingungen, soll eine Bilanzierung des Gesamtenergiehaushaltes des Kupolofens erfolgen, um den Prozess energetisch zu bewerten und möglichst zu optimieren. 1. Quantitative Untersuchung der Kupolofenbetriebsparameter und Prozesse, 2. Schüttungssimulation, 3. Modellierung, 4. Vernetzung, 5. Strömungssimulation, 6. Modellvalidierung.
Das Projekt "Energieeffiziente Nutzung von pyrolysierbarem Material als Energieträger in Kalkwerken (Projekt Ecoloop)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FELS-Werke GmbH durchgeführt. Der Einsatz von Sekundär-Energieträgern (z. B. Kunststoffen) in Kalkwerken unter Ausnutzung Kalkwerk-spezifischer Gegebenheiten schont nachhaltig fossile Rohstoffressourcen und macht den Kalkbrennprozess energieeffizienter. Ziel ist die Umwandlung der Ersatzbrennstoffe in Synthesegas. Die Technologie sieht vor, dem Kalkbrennprozess einen neuartigen und nahezu autothermen Gegenstromvergaser mit zirkulierendem Reaktionswanderbett vorzuschalten. Speziell in Kalkwerken ist ferner auch die Rückführung der prozessbedingten CO2-Emissionen aus den Kalköfen unter Ausnutzung der Boudouard-Reaktion (Umwandlung von CO2 zu CO) möglich. Der Kalk wirkt als Reaktionswanderbett im Vergaser, der in seiner technischen Ausführung der Funktionsweise fossil beheizter Vertikalschachtöfen angenähert ist. Das erzeugte Brenngas wird anschließend direkt in den Kalkbrennöfen thermisch verwertet. Hierin liegt auch das besondere Risiko des Vorhabens, denn die Klärung der Realisierbarkeit kann nur in großtechnischem Maßstab erfolgen. Am Ende des Vorhabens soll ein Prozess-Prototyp bereitgestellt werden, der eine nahezu uneingeschränkte Multiplikation der Technologie im industriellen Maßstab erlaubt.