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-Elektrolyseurs (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 Prüfstandsbetrieb 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

Consortium Partner