Wasserstoff für industrielle Prozesswärme: HyHeat erprobt den Praxiseinsatz

Die schwartz Gruppe und das Forschungszentrum Jülich haben heute in Simmerath eine Pilotanlage vorgestellt, die den Einsatz von Wasserstoff in industriellen Hochtemperaturprozessen testet. Der Demonstrator wurde vom Projekt HyHeat im Rahmen des Helmholtz-Clusters Wasserstoff (HC-H2) entwickelt.

Um Form und Härte von Metallen gezielt zu verändern, sind spezielle Wärmebehandlungsverfahren notwendig. Sie spielen unter anderem beim Presshärten von Karosserieteilen eine wichtige Rolle. Dabei werden Metallplatinen auf mehr als 900 °C erhitzt, was mit einem sehr hohen Energiebedarf einhergeht. Die erforderliche Prozesswärme wird in der Regel durch die Verbrennung fossiler Brenngase erzeugt. Dabei entstehen erhebliche CO₂-Emissionen.

Hier setzt HyHeat an: Mit der bereits in Betrieb befindlichen Anlage zeigen die schwartz Gruppe und das Forschungszentrum Jülich, dass ein Wechsel zwischen fossilem Brenngas und Wasserstoff in solchen Hochtemperaturprozessen technisch machbar ist. Das ist ein wesentlicher Fortschritt auf dem Weg zur Marktreife.

CO₂-Emissionen bei der Prozesswärme reduzieren

Das Potenzial für den Einsatz von Wasserstoff anstelle fossiler Brenngase ist erheblich: Eine Wärmebehandlungsanlage für das Presshärten verursacht bislang jährlich etwa 2.000 Tonnen CO₂-Emissionen. Mit HyHeat zeigen die Partner eine Möglichkeit auf, diesen Schritt in der Produktion von Automobilen klimafreundlicher zu gestalten.

Das Projekt hat ein Gesamtvolumen von rund 2,4 Millionen Euro und wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit rund 1,7 Millionen Euro gefördert.

Wasserstoff flexibel in bestehende Prozesse integrieren

Rund 80 Prozent aller pressgehärteten Karosserieteile im Automobilsektor weltweit werden heute in einer Wärmebehandlungsanlage der schwartz Gruppe erhitzt. Die im Projekt HyHeat entwickelte Pilotanlage zeigt, wie sich Wasserstoff flexibel als Brenngas in die bestehenden Prozesse integrieren lässt.

„Mit der Pilotanlage untersuchen wir den Umstieg auf Wasserstoff im laufenden Betrieb. Durch Beimischung und einen unterbrechungsfreien Brenngaswechsel können auch zunächst kleine Mengen verfügbaren Wasserstoffs nutzbar gemacht werden“, sagt Philipp Morsch vom Institute for a sustainable Hydrogen Economy (IHE-4) des Forschungszentrums Jülich, der die wissenschaftliche Begleitung des HC-H2 koordiniert.

Die Pilotanlage am Stammsitz der schwartz GmbH in Simmerath bildet einen Teilbereich einer industriellen Wärmebehandlungsanlage ab. Technisches Herzstück sind innovative, brennstoff-flexible Brenner des schwartz-Tochterunternehmens Econova GmbH. In ersten Tests wurde die Pilotanlage in diesem Jahr bereits erfolgreich mit Wasserstoff betrieben. Dabei konnte auch der unterbrechungsfreie Wechsel zwischen verschiedenen Brenngasen demonstriert werden. Diese Flexibilität ist besonders relevant, solange eine flächendeckende Versorgung mit Wasserstoff noch nicht überall verfügbar ist.

Nächster Schritt: Optimierung des Gesamtsystems

Im Fokus steht nun der nächste Schritt der Forschungsarbeiten: die Optimierung des Gesamtsystems. Dabei wird die Regelung so weiterentwickelt, dass unabhängig vom eingesetzten Brenngas – Wasserstoff, Erdgas oder Propan – möglichst optimale Betriebsbedingungen erreicht werden.

Für die Übertragung auf den Industriemaßstab kommt eine weitere Herausforderung hinzu: Industrielle Wärmebehandlungsanlagen arbeiten mit zahlreichen Brennern, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Die Pilotanlage ermöglicht den Betriebsingenieur:innen der schwartz GmbH, diese Wechselwirkungen unter praxisnahen Bedingungen zu untersuchen. Der Demonstrator bildet damit eine Vorstufe für mögliche Wärmebehandlungsanlagen im Industriemaßstab.

Blick in die HyHeat-Pilotanlage: Die brennstoff-flexiblen Brenner ermöglichen den Betrieb mit unterschiedlichen Brenngasen und den Wechsel von fossilem Brennstoff zu Wasserstoff.

„Für unsere Kunden ist entscheidend, dass sie heute in eine Anlage investieren können, ohne sich dauerhaft auf einen einzelnen Energieträger festlegen zu müssen. Die Multifuel-Technologie schafft die nötige Flexibilität für den schrittweisen Übergang zu Wasserstoff.“

Alexander Wilden, alleiniger Inhaber und Geschäftsführer der schwartz Gruppe

„Projekte wie HyHeat füllen den Strukturwandel im Rheinischen Revier mit Leben und eröffnen Zukunftsperspektiven für Wachstum und Beschäftigung“, sagt Michael Theben, Abteilungsleiter Klimaschutz im Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen. „Gerade solche konkreten Projekte in Zusammenarbeit mit den Unternehmen vor Ort sind von großem Wert für die Region. Wir hoffen, dass wir zeitnah mehr solcher Projekte sehen werden.“

„Projekte wie HyHeat füllen den Strukturwandel im Rheinischen Revier mit Leben und eröffnen Zukunftsperspektiven für Wachstum und Beschäftigung. Gerade solche konkreten Projekte in Zusammenarbeit mit den Unternehmen vor Ort sind von großem Wert für die Region. Wir hoffen, dass wir zeitnah mehr solcher Projekte sehen werden.“

MWIKE/NRW: Michael Theben, Abteilungsleiter Klimaschutz

Abwärme für die Wasserstoffversorgung nutzen

Neben dem Brennerbetrieb an der Pilotanlage untersucht das Forschungszentrum Jülich in HyHeat, wie künftig auch Industriestandorte ohne Wasserstoff-Pipeline versorgt werden könnten. Im Fokus steht dabei die chemische Speicherung von Wasserstoff. Mithilfe von Simulationen untersuchen die Wissenschaftler:innen des Institute for a sustainable Hydrogen Economy (IHE) des Forschungszentrums Jülich, welche Speichertechnologie sich für den Einsatz in industriellen Wärmebehandlungsanlagen eignet. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Wärmeintegration. Im Rahmen begleitender Studien untersucht das IHE, ob die im Abgas enthaltene Wärme künftig genutzt werden kann, um den chemisch gebundenen Wasserstoff wieder aus dem Speichermedium freizusetzen.

Über das Helmholtz-Cluster Wasserstoff

Das Helmholtz-Cluster für nachhaltige und infrastrukturkompatible Wasserstoffwirtschaft (HC-H2) begleitet den Strukturwandel im Rheinischen Revier mit Forschung und Demonstrationsvorhaben rund um eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft. Im Kern des Clusters steht das Institute for a sustainable Hydrogen Economy (IHE) des Forschungszentrums Jülich. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt und das Land Nordrhein-Westfalen fördern das HC-H2 bis 2038.

Weitere Informationen zum Demonstrationsvorhaben HyHeat:

https://hch2.de/projektuebersicht/hyheat/info.hch2@fz-juelich.de

Stimmen zum Projekt

„Die Brennertechnologie ist für Wasserstoff bereits gut erforscht. Die Aufgabe bei dem HyHeat-Projekt ist es, aus einem einzelnen Brenner ein Beheizungskonzept zu erarbeiten. Wichtige Eckpfeiler sind die Prozessstabilität und die Einhaltung von Sicherheitsstandards. Nur so kann die brennstoff-flexible-Technologie im industriellen Maßstab eingesetzt werden.“

Dr. Horst Graf von Schweinitz, Geschäftsführer, econova GmbH

„Das HC-H2 ist bewusst so angelegt, dass Forschung und Anwendung voneinander lernen. Die Erfahrungen aus HyHeat fließen direkt in unsere Arbeit am IHE zurück und prägen die Fragestellungen, die wir als Nächstes angehen.“

Prof. Dr. Peter Wasserscheid, Sprecher des HC-H2

„Innovation entsteht dort, wo wissenschaftliche Expertise auf industrielles Know-how trifft. In HyHeat bringen beide Seiten ein, was die andere nicht hat, und genau daraus entsteht eine Lösung, die keiner allein hätte entwickeln können.“

Prof. Dr. Peter Jansens, Mitglied des Vorstands für den Wissenschaftlichen Geschäftsbereich II

„Mit HyHeat zeigen wir eine Möglichkeit auf, wie ein energieintensiver Prozess in der Metallverarbeitung in Zukunft klimafreundlich, planungssicher und wettbewerbsfähig gestaltet werden kann.“

Philipp Morsch, Projektleitung HyHeat am Forschungszentrum Jülich

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