Wasserstoff statt Erdgas für Verzinkereien als Brennstoff

Ob sich für Verzinkereien grüner Wasserstoff statt Erdgas als Brennstoff eignet, erforscht das Projekt H2Raum. Die Verzinkungsindustrie könnte damit ihre CO2-Emissionen in ihren Hochtemperatur-Prozessen deutlich reduzieren.

Die Verzinkungsindustrie muss die CO2-Emissionen in ihren Hochtemperaturprozessen künftig deutlich reduzieren. Grüner Wasserstoff bietet sich dabei als alternativer Brennstoff zur Umrüstung von Bestandssystemen an. Wegen der – im Vergleich zu Erdgas – abweichenden Flammcharakteristiken müssen die Auswirkungen von Wasserstoffbrennern auf Verzinkungskessel, Abgas und Gesamtwirkungsgrad sorgfältig analysiert werden. So soll die Integration von wasserstoffbetriebenen Brennern in bestehende Prozesse und Anlagen ermöglicht werden. Das Forschungsprojekt H2Rollout unter Beteiligung der Westfälischen Hochschule untersucht nun das Brennverhalten sogenannter Flachflammenbrenner und deren Umstellung auf Wasserstoff. Diese Form von Brennern wird bei der Stückgutfeuerverzinkung häufig eingesetzt. Ziel des Projektes ist es, einen Wasserstoffanteil von 100% im Verzinkungsprozess zu erreichen.

Die Firma Zinq beteiligt sich mit ihrem Standort in Castrop-Rauxel an dem Projekt. Sie stellt einen ihrer Kessel als Pilotanlage zur Demonstration des Wasserstoffeinsatzes zur Verfügung. Konkret soll zunächst einer der verwendeten Flachflammenbrenner durch eine wasserstoffbetriebene Variante ersetzt und in das bestehende Regelungssystem eingebettet werden. Parallel prüft Zinq mögliche Ansätze für eine stabile, langfristige und wirtschaftliche Versorgung mit Wasserstoff.

„Wir setzen große Hoffnungen in das Projekt“, sagt Robert Mill, Leiter der Anlagentechnik bei Zinq. „Es legt für uns das Fundament, um technisch vorbereitet zu sein, sobald die Rahmenbedingungen für den Einsatz von Wasserstoff geschaffen sind. Entscheidend wird aber sein, dass am Ende nicht nur die technischen, sondern auch die regulatorischen, infrastrukturellen und wirtschaftlichen Voraussetzungen stimmen.“

Prof. Martin Habermehl von der Westfälische Hochschule ist u. a. für die Strömungssimulationen verantwortlich. Diese bilden die Basis dafür, die Wasserstoffflamme an den bisherigen Betrieb der Erdgasbrenner anzupassen. Er und sein Team begleiten und analysieren außerdem den Probebetrieb. Dabei erfassen sie etwa das Brennverhalten, die Temperaturen sowie den Wassergehalt und die Stickoxide im Abgasstrom der Wasserstoffflamme. Martin Habermehl: „Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Verbrennung durchgängig stabil bleibt und dass sie in den bestehenden Prozess integriert werden kann.“ Denn das flüssige Zink in den Kesseln habe nur einen geringen Toleranzbereich, in dem sich die Temperatur bewegen müsse. Zudem dürfe der Kessel, das Herzstück einer jeden Verzinkerei, keinen Schaden davontragen.

Die Firma ProPuls GmbH, eine Ausgründung der Westfälischen Hochschule, ist im Forschungsprojekt für die Steuerungs- und Reglungstechnik verantwortlich. „Die Daten aus den Simulationen und die Messwerte aus dem Pilotbetrieb sind unsere Grundlage für die Optimierung der Prozessregelung“, so Philipp Neuhaus, Teamleiter MSR-Technik bei ProPuls.

Das Förderprogramm „T!Raum – TransferRäume für die Zukunft von Regionen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert das Forschungsprojekt. Das Projekt ist Teil der Transfer-Initiative „H2Raum“, initiiert von der Westfälischer Hochschule und dem Fraunhofer IEG, und untersucht bis 2028 die Umrüstung von Flachflammenbrennern auf Wasserstoff am Beispiel der Verzinkerei Zinq in Castrop-Rauxel. Die Verbundpartner Westfälische Hochschule, ProPuls GmbH und der Industriepartner Zinq wollen mit den Projektergebnissen eine Blaupause für die Verzinkungsindustrie sowie weitere prozesswärmeabhängige Industriezweige entwickeln.

Die Initiative H2Raum wird gefördert durch das Förderprogramm „T!Raum – TransferRäume für die Zukunft von Regionen“ des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt. Ziel des Förderprogramms ist, in strukturschwachen Regionen langfristig zukunftsweisende Innovationen und den Strukturwandel gleichermaßen voranzutreiben. Im Speziellen will der H2Raum dafür sorgen, dass die Wasserstoffakteure im Ruhrgebiet voneinander lernen, gemeinsam diskutieren und miteinander Wasserstoffprojekte entwickeln und durchführen. Der H2Raum adressiert dabei alle Interessierten vom Start-up über kleine und mittelständische Unternehmen, Hochschulen, Bildungs- und Forschungseinrichtungen über Studierende, Schülerinnen und Schüler bis in die Zivilgesellschaft hinein.

Die Westfälische Hochschule forscht seit über 20 Jahren im Bereich der Wasserstofftechnologie. Sie ist Partnerin zahlreicher regionaler und überregionaler Initiativen. Seit dem Wintersemester 24/25 bietet die Hochschule den Studiengang „Wasserstoffsysteme und Erneuerbare Energien“ an. Und mit dem „H2 Solution Lab“ entsteht – gefördert im Rahmen des 5-StandorteProgramms von Bund und Land NRW – ein zukunftsweisendes Wasserstofflabor an der Westfälischen Hochschule als wichtige Säule des Wasserstoffstandortes Gelsenkirchen.

Das Fraunhofer IEG beschäftigt sich als Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft schwerpunktmäßig mit Geothermie, Energieinfrastrukturen sowie der industrienahen Wasserstoffforschung. Es leitet mit TransHyDE eines der drei Leitprojekte des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz zu Wasserstofftechnologien, entwickelt innovative Speicherlösungen und unterstützt bei der Integration von Wasserstofftechnologien in die Energiesysteme. (OM-1/26)