Green
Industrial
Hydrogen
Sauberer Wasserstoff aus erneuerbaren Energien ist der Schlüssel zu einer erfolgreichen sektorübergreifenden Energiewende, die das Ziel einer kohlenstoffarmen Wirtschaft in der EU bis 2050 ermöglicht. Der Zugang zu Strom aus erneuerbaren Energien wird in Zukunft jedoch begrenzt sein und energieeffiziente Technologien werden weiterhin wichtig sein. Aufgrund eines erheblichen Energieinputs in Form von Dampf, der vorzugsweise aus industrieller Abwärme gewonnen wird, erzielt die Hochtemperaturelektrolyse auf Basis von Festoxid-Elektrolyseurzellen (SOEC) hervorragende elektrische Wirkungsgrade.
Projektüberblick
Wesentliches Element des GrInHy2.0-Projekts ist es, auf die energieeffizienteste Weise Wasserstoff zu erzeugen und gleichzeitig den Hochtemperatur-Elektrolyseur (HTE) technisch weiterzuentwickeln. Obwohl GrInHy2.0 mit der Wasserstoffproduktion für die heutigen Stahlglühprozesse erst startet, stellt das Projekt schon jetzt einen wichtigen Meilenstein dar auf dem Weg hin zu einer wasserstoffbasierten, kohlenstoffarmen europäischen Stahlindustrie. Denn Wasserstoff hat das Potenzial, die heutigen prozessbedingten CO2-Emissionen um mehr als 95 % reduzieren zu können.
Gemeinsam mit ihren Partnern Sunfire GmbH, Paul Wurth S.A. Tenova SpA und dem französischen Forschungszentrum CEA werden die Tochtergesellschaften Salzgitter Flachstahl GmbH und Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH an dem weltweit leistungsfähigsten HTE zur energieeffizienten Erzeugung von Wasserstoff arbeiten. Darüber hinaus wird das Konsortium zu einer detaillierten Analyse der Potenziale von erneuerbarem Wasserstoff in der Eisen- und Stahlindustrie sowie zu einem vertieften Verständnis des Langzeitverhaltens von SOEC auf Stack-Ebene beitragen.
Durch die Erst-Implementierung eines Hochtemperatur-Elektrolyseurs der Megawatt-Klasse wird der GrInHy2.0 Prototyp bei einer Nennleistung von 720 kWAC 200 Nm³/h Wasserstoff produzieren.
Die HTE-Anlage besteht aus bis zu acht Modulen mit je 720 bzw. 1.080 SOEC, d.h. 24 bzw. 36 Stacks.
Wie im Vorgängerprojekt GrInHy wird der Prototyp vollständig in den Salzgitter Stahlherstellungsprozess integriert und mit Dampf aus der Abwärme der Stahlproduktion betrieben. Bis Ende 2022 soll er mindestens 13.000 Stunden in Betrieb sein und insgesamt rund 100 Tonnen hochreinen „grünen" Wasserstoff bei einem elektrischen Wirkungsgrad von mindestens 84 % LHV produzieren.
Parallel zum Prototyp-Testbetrieb soll zudem ein einzigartiger Stack der SOEC-Technologie mit einem Prüfstandbetrieb von mindestens 20.000 Stunden neue Maßstäbe im Langzeittest setzen. Der Test wird nicht nur die erhöhte Robustheit der Technologie zeigen, sondern auch mögliche Ansatzpunkte für weitere Verbesserungen liefern.
Im weiteren Sinne wird das Projekt auch Antworten auf die Frage liefern, wie CO2-Emissionen in der europäischen Stahlindustrie durch die Umstellung auf eine wasserstoffbasierte Primärstahlerzeugung vermieden werden können und was dazu erforderlich ist.
Technische Ziele
Aufrüstung
Elektrolyseur
Erhöhung der Nennleistung auf 720 kWel,AC, um 200 Nm³/h (18 kg/h) Wasserstoff zu produzieren
Wirkungsgrad
Steigerung des Wirkungsgrades auf 84 %el,LHV (< 40 kWhel,AC/kg)
13.000 Betriebsstunden
< 13.000 Betriebsstunden auf Systemebene mit garantierter Verfügbarkeit von < 95 %
20.000 Betriebsstunden auf Stack-Ebene
< 20.000 Betriebsstunden auf Stack-Ebene
Demonstration Heißstart
Heißstart demonstrieren von minimaler bis maximaler Leistung in < 5 min
>100 Tonnen
grüner Wasserstoff
> 100 Tonnen grünen Wasserstoff für weniger als 7 €/kgH2
Reduzierung der CAPEX für Elektrolyseur
Reduzierung der CAPEX für Elektrolyseur auf < 4,500 €/(kgH2/d)
Studien
erstellen
Erstellung von technisch-wirtschaftlichen Studien für die weitere Markteinführung
Wirtschaftliche Ziele
Gesellschaftspolitische Ziele
Erzeugen einer tragfähigen Technologie
Schaffung einer tragfähigen Technologie durch Demonstration in einem komplexen industriellen Umfeld
Bewertung CO2-Vermeidungspotenzial
Bewertung des CO2-Vermeidungspotenzials einer auf Wasserstoff basierten europäischen Stahlindustrie
Grünen Wasserstoff erzeugen
Einen erheblichen Anteil an grünem Wasserstoff für die Eisen- und Stahlindustrie bereitstellen
Bewertung des Strombezugs aus erneuerbaren Energien
Bewertung der Situation beim Bezug von Strom aus erneuerbaren Energiequellen und der grünen H2-Zertifizierung
Aktuelle Meldungen zu GrInHy2.0
Aktuelle Videos zu GrInHy2.0
European Hydrogen Week 2021
FCH2 JU meets GrInHy 2.0
European Hydrogen Week 2020
#betd2020 Documentary
Projektleiter im Interview
Sunfire delivers Electrolyzer
Consortium Partner
Die Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH (SZMF), die zentrale Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft des Salzgitter-Konzerns, ist für die Gesamtkoordination des Projekts und die komplette Ökobilanz des Dampf-Elektrolyseurs verantwortlich.
Die Salzgitter Flachstahl GmbH (SZFG), Eigentümer und Betreiber des Hüttenwerks, bereitet den Aufstellungsort vor, integriert das StE-System in die bestehende Infrastruktur und ist verantwortlich für den Betrieb und die Produktion des "grünen Wasserstoffs".
Sunfire GmbH (SF) ist Entwickler und Anbieter des Dampfelektrolyseurs aus europäischer Fertigung und führt Installation, Betrieb und Wartung durch.
Paul Wurth S.A. (PW), Entwickler und Anbieter von Gasaufbereitungstechnologien, ist verantwortlicher Partner für die Konstruktion und Entwicklung der HPU, die die erforderliche Wasserstoffqualität in Bezug auf Druck und Feuchtigkeit gewährleistet. Darüber hinaus wird PW eine Kostenanalyse durchführen, um die Wartungs- und Instandhaltungsstrategie zu optimieren und so die niedrigsten Lebenszykluskosten zu erreichen. PW wird außerdem Wege zur N2-Reinigung erforschen für Anwendungen mit höheren H2-Reinheitsanforderungen (5.0 Qualitäten) oder für den Fall, dass die Wasserstoffqualität des Elektrolyseurs nicht ausreicht.
Das Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) ist ein wichtiger Akteur im Bereich Forschung, Entwicklung und Innovation und wird sowohl langfristige Stack-Tests sowie Gutachten der Energiemanagementstrategie durchführen zur Unterstützung der StE-Konstruktion und des Betriebs vor Ort. Zusätzlich wird CEA eine technisch-wirtschaftliche Analyse als Grundlage für die weitere Marktentwicklung durchführen.
Tenova (TENOVA), ein Entwickler innovativer Technologien und Dienstleistungen für die Metall- und Bergbauindustrie, wird eine Studie über das CO2-Vermeidungspotenzial von Wasserstoff in der europäischen Stahlindustrie erstellen. Mit seinem ENERGIRON-ZR-Verfahren, einem Direktreduktionsverfahren (DR), das alternative Reduktionsgase wie Wasserstoff in großem Maßstab nutzen kann, ist führend im Bereich der gasbasierten Reduktionstechnologien und somit ein idealer Schritt in das kommende Wasserstoffzeitalter.
Danksagung
Dieses Projekt wurde vom Unternehmen Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (heute Clean Hydrogen Partnership) im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 826350 gefördert. Das Gemeinsame Unternehmen wird durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union, Hydrogen Europe und Hydrogen Europe Research unterstützt.