Autor: Islami, Bledar; Fleischmann, Bernhard
Veröffentlichungsjahr: 2023
Seitenanzahl: 99
Kurzbeschreibung
Zur Erreichung der Klimaziele der Europäischen Union ist es notwendig, den Einsatz fossiler Brennstoffe deutlich zu reduzieren. Glasproduktionsanlagen in Deutschland decken ca. 74 % ihres Energiebedarfs von 68 PJ durch die Verbrennung von Erdgas. Die dabei verursachten CO2-Emissionen sind genaustens bekannt, da alle Glasproduktionsanlagen im Emissionshandel registriert sind. Im Jahr 2018 hat die Glasindustrie etwa 4,2 Millionen Tonnen CO2 in Deutschland emittiert - davon ungefähr 3,2 Millionen Tonnen energie- und 1,0 Million Tonnen rohstoffbedingte CO2-Emissionen (Scope 1).
Glas besteht aus natürlichen und naturidentischen Rohstoffen wie Sand, Soda, Kalk, Dolomit und Feldspat, die nahezu alle in Deutschland gewonnen bzw. hergestellt werden. Glas wird in einem kontinuierlichen Hochtemperaturprozess bis zu 1.650 °C in sog. Glasschmelzwannen, die aus Stahl und Feuerfestmaterial aufgebaut sind, geschmolzen. Glasschmelzwannen werden rund um die Uhr über eine Laufzeit von 10 - 15 (20) Jahren quasi ohne Unterbrechung kontinuierlich betrieben. Die Versorgungssicherheit mit Brennstoffen und Strom zur Bereitstellung der Prozesswärme ist deshalb ein existenzielles Thema für die Glasindustrie, da eine Unterbrechung der Energieversorgung nicht nur zu Produktionsausfällen, sondern zu schwerwiegenden physischen Schäden an der Anlage führen können. Eine vielversprechende Strategie zur Reduktion der CO2-Emissionen besteht in der Verbrennung von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen oder reinem Wasserstoff (H2) entlang der gesamten Glasherstellungskette. Dies betrifft insbesondere die Glasschmelzwanne und die Feeder, da sie für den weitaus größten Anteil an CO2-Emissionen verantwortlich sind.
Ein Wechsel des Brennstoffs gestaltet sich jedoch komplex, da Erdgas-H2-Gemische bzw. Wasserstoff unterschiedliche thermochemische Eigenschaften aufweisen, deren Auswirkungen auf die Verbrennung sowie auf die Glasqualität nicht vollständig erforscht sind. Im vorliegenden Forschungsprojekt liegt der Fokus auf der Analyse der Auswirkungen von Erdgas-H2-Gemischen in Oxy-Fuel-Anwendungen, d. h. bei der Verbrennung mit annähernd reinem Sauerstoff als Oxidator. Neben den Effekten auf die Glasqualität werden auch die Auswirkungen auf die Verbrennung in Oxy-Fuel-Glasschmelzwannen analysiert. Darüber hinaus wird im Rahmen des Projekts der Einfluss von Wasserstoff auf die Verbrennung im Feeder, wo typischerweise Vormischbrenner zum Einsatz kommen, untersucht. Ein weiterer Aspekt, der analysiert wird, betrifft die Luftvorwärmung in regenerativen Glasschmelzwannen. Hintergrund ist, dass bei Einsatz von Wasserstoff Veränderungen in der Abgaszusammensetzung und -menge auftreten, was die Wärmeübertragung im Regenerator beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, welche Auswirkungen bei der Verwendung von H2-reichen Erdgasen bzw. Wasserstoff auf Verbrennung und Produktqualität in Oxy-Fuel-Glasschmelzwannen, bei der Verbrennung im Feeder sowie bei der Wärmeübertragung im Regenerator zu erwarten sind.
Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden erreicht.
Das IGF-Vorhaben 21745N des Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) und der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach am Main, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Laufzeit: 01.04.2021 - 30.06.2023
Forschungsstelle: Institut der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach am Main; Gas- und Wärme-Institut Essen, Essen
Mitglieder 30 €
Nichtmitglieder 30 €
Student:innen 30 €
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