Die Gießerei Edelstahlwerke Schmees GmbH gehört international zu einem der bedeutendsten Anbieter von gegossenen Edelstahlprodukten in den Bereichen Pumpen- und Turbinenbau sowie für die Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie. Das Unternehmen produziert an zwei Standorten in Pirna und Langenfeld (Rheinland) mit insgesamt 380 Mitarbeitern jährlich rund 4.000 Tonnen Gussprodukte. In Gießereien ist nach dem Erschmelzen des metallischen Werkstoffs in der Regel ein Transport des flüssigen Metalls vom Schmelzofen zur Gießhalle notwendig. Für den Transport der zwischen 1500°C und 1730°C heißen Schmelze werden Transportpfannen verwendet, die mittels konventioneller Flammenbrenner von unten mit offener Flamme vorgewärmt werden. Dabei werden große Mengen an Erdgas verbraucht, weil die Erwärmung der Oberflächen nur sehr inhomogen erfolgt. Die notwendige Einsatztemperatur von 850°C kann nur erreicht werden, wenn die Pfannen mind. 5 Stunden vorgeheizt werden, wobei die Temperaturführung unbefriedigend und wenig präzise ist. Gleichzeitig sind die benutzten Brenner sehr laut und wartungsintensiv und durch die offene Flamme wird das Feuerfestmaterial der Pfanneninnenauskleidung stark beansprucht. Hierdurch werden die Standzeiten der Pfannen erheblich verkürzt. Im Rahmen dieses Projektes sollte eine neuartige, energieeffiziente Pfannenaufheizstation errichtet werden, bei der statt Flammenbrennern flammenlose Gas-Porenbrenner Verwendung finden. Ziel war es, die Pfannen künftig so vorzuheizen, dass für die Vorwärmung rund 50 Prozent weniger Gas benötigt wird und darüber hinaus noch die Standzeiten der eingesetzten Pfannen verlängert werden. Bisher verfügte das Unternehmen im Bereich des Schmelzbetriebes über 4 konventionelle Erdgas-Brenner, welche zur Pfannenbeheizung dienten. So wurden jährlich rund 95.000 Kubikmeter Erdgas benötigt, was 8,4 Prozent der gesamten Energiekosten entsprach. Um den hohen Brennstoffverbrauch und damit die Energiekosten zu reduzieren, wurde in eine, für die Gießereibranche vollkommen neuartige, hocheffiziente Technologie für die Vorwärmung von Transportpfannen investiert. Die errichtete Pfannenaufheizstation besteht insgesamt aus 5 Pfannenparkplätzen und 3 Beheizungssystemen für Pfannen mit Fassungsvermögen zwischen 1-2 Tonnen Schmelze. Als Herzstück jedes einzelnen Beheizungssystems fungiert ein flammenloser Gas-Porenbrenner der Firma promeos GmbH. Dieser besteht aus einer Hochtemperaturkeramik und gibt die Verbrennungswärme über ein Strahlrohr im Deckel mittels Infrarotstrahlung sowie über Konvektion durch Strömung der heißen Abgase an die Innenwand der Pfanne ab. So wird die Oberfläche sehr gleichmäßig und um den Faktor 2-3 schneller erwärmt als bisher. Der Energieverbrauch der neuen Pfannenaufheizstation wurde über einen Zeitraum von über einem Monat täglich erfasst, wobei die ermittelten Messdaten eine Durchschnittseinsparung von rund 280 Kubikmeter Erdgas pro Tag aufzeigen. Das Unternehmen spart so jährlich rund 61.400 Kubikmeter Erdgas, was einer Einsparung von rund 60 Prozent im Vergleich zum alten System entspricht. Somit wurde das zu Beginn definierte Einsparungsziel deutlich übererfüllt und es werden insgesamt jährlich rund 114 Tonnen CO 2 -Äquivalente durch die neue Technik vermieden. Gleichzeitig erhöhen sich die Gussstückqualitäten und die Standzeiten der Pfannen verdoppeln sich. Auch der Lärmpegel halbierte sich und sank von 78,7 Dezibel auf 67,4 Dezibel. Zusätzlich können die Transportpfannen nun mit rund 1.000 Grad Celsius auf deutlich höhere Einsatztemperaturen aufgeheizt werden, wodurch die Abstichtemperatur am Schmelzofen um rund 20 Grad Celsius reduziert werden kann. So kann weitere Energie beim Erschmelzen eingespart werden. Die Projektergebnisse zeigen, dass durch die Einführung neuer, hocheffizienter Techniken erhebliche Energieeinsparungen für konventionelle Aufgaben in der industriellen Fertigung erzielt werden können. Aufgrund der sehr guten Übertragbarkeit des Anlagenkonzepts auf andere Betriebe und weiter steigender Energiekosten, ist künftig von einer Adaption der Anlage und somit einer Multiplikatorwirkung der genannten positiven Umweltaspekte auszugehen.
Branche: Metallverarbeitung
Umweltbereich: Klimaschutz
Fördernehmer: Edelstahlwerke Schmees GmbH
Bundesland: Nordrhein-Westfalen
Laufzeit: 2010 - 2011
Status: Abgeschlossen
Zielsetzung:
Die Bauwirtschaft steht vor der Herausforderung, nachhaltige und ressourcenschonende Materialien einzusetzen, um den ökologischen Fußabdruck zu verringern und den Anforderungen der Kreislaufwirtschaft gerecht zu werden. Gleichzeitig fallen in der Lebensmittelindustrie große Mengen an biogenen Reststoffen (z. B. Teetreber, Apfel- und Beerentrester) an, die bislang energetisch wenig effizient oder als Abfall entsorgt werden. Ziel des Projekts „BIOMASS-UP“ ist es, ein innovatives Verfahren zu entwickeln und zu validieren, mit dem verschiedene Reststoffbiomassen in hochwertigen, ökologisch vorteilhaften Bau- und Werkstoffplatten verarbeitet werden können. Damit soll ein Beitrag zur Ressourceneffizienz, zur CO2-Reduktion und zur Etablierung einer echten Kreislaufwirtschaft im Bausektor geleistet werden. Des Weiteren schonen wir damit die forstlichen Ressourcen und Wälder, indem wir einen Weg aufzeigen, wie bereits erzeugte Biomasseabfälle zu hochwertigen Werkstoffen für die Baubranche veredelt werden können.
Ziel des Vorhabens ist, wirtschaftliche Lösungsansätze zur Reduzierung der mikrobiell induzierten Korrosion im Inneren eines Monopiles von Offshore-Windkraftanlagen zu finden und damit deren Lebensdauer zu verlängern. Hierfür sollen die Anfälligkeiten des derzeit verwendeten Monopilestahls sowie wirtschaftliche Modifikationen gegenüber MIC im Monopile beispielhaft an der FINO3 Forschungsplattform getestet werden. Im Teilvorhaben 'Korrosionsanalyse und Werkstoffeinfluss auf die mikrobielle Korrosion an Offshoregründungen' findet die Korrosions- und Oberflächenanalyse der in situ- und Laborexperimente statt. Damit wird, ergänzt durch die mikrobiologischen Analysen des Projektpartners, die Basis geschaffen, das korrosive Verhalten unterschiedlicher Werkstoffe in der speziellen korrosiven Umgebung im Inneren des Monopiles zu verstehen. Es werden dabei sowohl die Korrosionsphänomene der in situ inkubierten Proben makroskopisch und mikroskopisch untersucht, als auch die korrosive Umgebung elektrochemisch nachgestellt, um so weitere Experimente im Labor durchführen zu können. Die durchgeführten Versuche ermöglichen eine Auswahl alternativer Werkstoffe und Inhibierungs HotSpots, welche wiederum in situ und ex situ auf das Korrosionsverhalten untersucht werden. Insgesamt soll ein Korrosionsmodell entwickelt werden, welche das korrosive Verhalten unterschiedlicher Werkstoffe und Korrosionsschutzmaßnahmen vorhersagt und damit einen zielgerichteten Einsatz zur Minimierung der mikrobiellen Korrosion ermöglicht.
Um die Treibhausgas-Emissionen drastisch zu reduzieren, werden aktuell Forschungs- und Implementierungspläne entwickelt. In dieser gesellschaftlich und strategisch wichtigen Vision spielt Wasserstoff als Energieträger eine Schlüsselrolle. Eine nachteilige Eigenschaft von Wasserstoff ist jedoch, dass viele metallische Werkstoffe als Konsequenz auf eine Exposition mit Wasserstoff mit einer Änderung der mechanischen Eigenschaften reagieren, auch bekannt als 'Wasserstoffversprödung'. Dieses Phänomen ist grundsätzlich auf eine Interaktion zwischen den Wasserstoffatomen, im Werkstoff vorhandenen Ungänzen und dem Vorhandensein einer mechanischen Beanspruchung zurückzuführen. Um dies für in der Kraftwerksanwendung typischerweise bisher eingesetzte Werkstoffklassen zu untersuchen und relevante Werkstoffdaten zu erzeugen, stehen alternative Prüfverfahren zur Verfügung, welche unterschiedliche Strategien der Wasserstoffexposition im Labor verfolgen. Im Vorhaben 'HyPower' wird ein werkstoffspezifischer Versuchsplan entwickelt werden, mit welchem künftig das Werkstoffverhalten unter den entsprechenden Umgebungsbedingungen zeit- und kosteneffizient charakterisiert werden kann.
Bisher wird die Sicherheit von Batteriegehäusesystemen gegenüber thermischem Durchgehen und Propagation im Wesentlichen durch zeit- und kostenintensive, iterative Experimente während der Produktentwicklungsphase überprüft. Nach aktuellem Stand der Technik werden überwiegend metallische Werkstoffe für Batteriegehäuse verwendet. Konzepte für leichtere und nachhaltigere Batteriegehäuse aus Kunststoffen stehen zwar zur Verfügung, der Nachweis der Sicherheit ist allerdings sehr aufwendig und teuer. Von einer stärkeren Integration von Simulationsmethoden wird eine deutliche Verbesserung des Entwicklungsprozesses erwartet. Ziel ist zukünftig die Sicherheit von kunststoffbasierten Batteriegehäusen bei geringeren Kosten und Entwicklungszeiten zu gewährleisten. Es käme dabei sowohl bei der Herstellung der Gehäuse als auch im Betrieb von Elektrofahrzeugen zu einer CO2-Einsparung. Das Projekt SiKuBa setzt bei der Entwicklung und Validierung von Simulationsmodellen zur Auslegung sicherer Kunststoff-Batteriegehäuse unter thermischem Durchgehen an. Die Entstehung und Ausbreitung der gefährlichen Gas- und Partikelströme sowie deren Interaktion mit Strukturelementen wird experimentell analysiert und in strömungs- und strukturmechanische Simulationsmodelle überführt. Die Modelle eröffnen eine effiziente Möglichkeit neuartige Konzepte zur Verlangsamung und Unterdrückung der Propagation virtuell zu untersuchen. Der somit mögliche Einsatz sicherer und nachhaltiger kunststoffbasierter Gehäuselösungen kann dabei einen wesentlichen Beitrag zur Akzeptanz der Elektromobilität leisten. Kautex fokussiert sich hauptsächlich auf die Entwicklung von Schutzkonzepten für den Lastfall des thermischen Durchgehens. Neben der Weiterentwicklung lokaler Schutzmaßnahmen werden neuartige Konzepte zur schnellen Abführung heißer Gase erarbeitet. Darüber hinaus ist Kautex für die Auslegung und Fertigung von Demonstratoren verantwortlich und wird die Simulationsarbeiten im Projekt unterstützen.