Grüner Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle bei der Dekarbonisierung der Stahlindustrie. Eine Möglichkeit der effizienten Herstellung, stellt die Produktion in Hochtemperatur-SOEC-Elektrolyseuren dar. Unter Verwendung von Festoxid- oder Keramikelektrolyten werden dabei gasförmiger Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Für das Forschungsprojekt GrInHy3.0 verwendet der Elektrolyseur-Hersteller Sunfire die Elektrolyse-Möglichkeit für das Wasserstoffnetz des Stahlwerks Salzgitter. Ab 2024 produziert die Anlage 16,5 Kilogramm Wasserstoff pro Stunde.
Weiterentwicklung mit Blick auf die Langlebigkeit
Gemeinsam mit der Technischen Universität Bergakademie Freiberg stellten die Projektpartner bereits SOEC-Elektrolyseure auf die Beine. Das Vorgängerprojekt bei Salzgitterstahl, GrInHy 2.0, erreichte mit der zuletzt hier betriebenen Pilotanlage einen Wirkungsgrad von 84 Prozent (%el,LHV). Der Wirkungsgrad eines Elektrolyseurs definiert sich anhand des elektrischen Energiebedarfs zur Herstellung von einem Kubikmeter Wasserstoff im Normzustand. Nach mehr als 19.000 Betriebsstunden und 190 Tonnen erzeugtem Wasserstoff ersetzt die Projektleitung die vorhandenen acht Module. Da die SOEC-Elektrolyseure Wasserdampf bei einer Temperatur von 850 Grad Celsius in Sauerstoff und Wasserstoff spalten, beansprucht der Vorgang das Material stark. Daher entwickelte der Elektrolyseur-Hersteller die Stacks insbesondere im Hinblick auf ihre Robustheit weiter. Zwei neue Testmodule mit einer Elektrolyseleistung von 540 Kilowatt werden nun in die vorhandene Infrastruktur integriert. Die Inbetriebnahme ist für das Jahr 2024 geplant. Dann verwendet Salzgitter dem Wasserstoff unter anderem für die Direktreduktion von Eisenerz in der Versuchsanlage μDral.
Recycling-Möglichkeiten werden untersucht
Für die Forschenden des Institut für Nichteisenmetallurgie und Reinstoffe der TU Bergakademie Freiberg liegt der Interessensfokus des Projekts bei der Untersuchung von Nachhaltigkeitsaspekten. Unteranderem prüfen die Forschenden die Möglichkeiten des Recycling und der Wiederverwendung der Komponenten und untersuchen den Lebenszyklus der SOEC-Stacks. „Am INEMET liegt der Schwerpunkt unserer Forschung nicht nur auf der Entwicklung der Recyclingstrategie für den SOEC-Stack, sondern auch auf der Erstellung einer simulationsbasierten Ökobilanz für das gesamte HTC-Modul, um einen umfassenden Überblick über alle benötigten Rohstoffe und Massenströme im System zu erhalten“, sagt Alexandros Charitos, Institutsdirektor INEMET an der TU Bergakademie Freiberg. Ziel des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts sei es eine ganzheitliche Analyse der verwendeten Materialien zu erstellen: „Die angewandte Methodik wird es ermöglichen, ein Closed-Loop Design zu definieren, um die Materialien aus dem End-of-Life (EoL) SOEC-Stacks zu recyceln, damit sie in neuen Stacks wiederverwendet werden können.“ fk
