Projekt InnoGuss

Dekarbonisierung der Gießerei-Industrie

Das bereits im letzten Tätigkeitsbericht thematisierte Projekt „InnoGuss – Entwicklung von innovativen Transformationspfaden zur Dekarbonisierung der Gießerei-Industrie in NRW“ geht weiter. Im Folgenden eine kurze Beschreibung der seither erzielten Fortschritte.

Zur Erin­ne­rung: Beim Pro­jekt mit dabei sind neben dem BDG die BDG-Ser­vice GmbH sowie die VDEh-Betriebs­for­schungs­in­sti­tut GmbH (BFI) sowie als Indus­trie­part­ner Fon­di­um Mett­mann, das Eisen­werk Brühl sowie M. Busch aus Best­wig. Das Pro­jekt will sehr grund­sätz­lich die Visi­on einer dekar­bo­ni­sier­ten Gie­ße­rei-Indus­trie ent­wi­ckeln und die dafür rele­van­ten tech­ni­schen sowie wirt­schaft­li­chen und poli­ti­schen Rah­men­be­din­gun­gen ableiten.

Das Pro­jekt hat eine Lauf­zeit von 24 Mona­ten und benö­tigt eine soli­de Daten­ba­sis für alles wei­te­re. Die­se Basis – hier die tat­säch­li­che Zahl der Gie­ße­rei­en in NRW – muss­te erst erar­bei­tet wer­den. Selbst­ver­ständ­lich hat der BDG einen Über­blick über den orga­ni­sier­ten Anteil die­ser Betrie­be. Eine belast­ba­re Zahl für die Grund­ge­samt­heit exis­tier­te jedoch vor Pro­jekt­be­ginn nicht. Nach sorg­fäl­ti­ger Recher­che war die­ser Punkt geklärt: Exakt 194 Betrie­be in NRW sind „Gie­ße­rei­en“. Die Zahl ist wich­tig, denn das Pro­jekt will ja zunächst sys­te­ma­tisch berech­nen, wie viel CO2 die Betrie­be ins­ge­samt emit­tie­ren. Dann ist natür­lich zu erfas­sen, wel­che Schmelz­ag­gre­ga­te genutzt wer­den. Die­se und vie­le wei­te­re Fra­gen und Details flos­sen in das ers­te Arbeits­pa­ket ein. Im nächs­ten Pro­jekt­schritt erfolg­te daher eine Online-Umfra­ge. Beson­ders im Fokus stand die Abfra­ge nach den ein­ge­setz­ten Ener­gie­trä­gern und der genau­en Ver­tei­lung der Schmelz­ag­gre­ga­te, ins­be­son­de­re die koks­be­trie­be­nen Kupol­öfen und die Öl-befeu­er­ten Drehtrommelöfen.

Da sich wäh­rend der Pro­jekt­lauf­zeit die poli­ti­schen Rah­men­be­din­gun­gen jeder­zeit ändern kön­nen, wur­de, um mit den jeweils aktu­el­len Ent­wick­lun­gen Schritt zu hal­ten, ein Len­kungs­kreis ein­ge­rich­tet. In die­sem sind neben den asso­zi­ier­ten Part­nern auch wei­te­re am Pro­jekt inter­es­sier­te Gie­ße­rei­en invol­viert, um die drän­gends­ten Her­aus­for­de­run­gen der Trans­for­ma­ti­on aus ihrer Sicht zu the­ma­ti­sie­ren und einzubringen.

Auf Basis der gesam­mel­ten Daten wer­den in den nächs­ten Arbeits­pa­ke­ten zum einen pra­xis­na­he Hand­rei­chun­gen für Gie­ße­rei­en in Form eines Kom­pas­ses erar­bei­tet als auch ein Trans­for­ma­ti­ons­pfad für die Gie­ße­reibran­che ent­wi­ckelt. Doch um die­sen Trans­for­ma­ti­ons­pfad zu skiz­zie­ren, benö­tigt die Bran­che Tech­no­lo­gien und Res­sour­cen, wel­che die Reduk­ti­on von CO2 mög­lich machen und Brü­cken auf dem Weg zur Kli­ma­neu­tra­li­tät schla­gen. Im Fol­gen­den ver­schie­de­ne Lösungs­an­sät­ze, die in der Regel prak­ti­sche Erpro­bung benö­ti­gen und Gegen­stand der For­schung sein wer­den. Dabei muss unter­schie­den wer­den, wel­che Kli­ma­zie­le wann erreicht sein sollen.

Auf Grund­la­ge des Bun­des­kli­ma­schutz­ge­set­zes ergibt sich für die gesam­te Indus­trie ein CO2-Reduk­ti­ons­ziel von etwa 37 % für 2030 auf Basis des Jah­res 2020. Das heißt, für die schon ambi­tio­nier­ten Zwi­schen­zie­le 2030 bedarf es kei­ner voll­stän­di­gen Sub­sti­tu­ti­on fos­si­ler Ener­gie­trä­ger bzw. neu­er Tech­no­lo­gien und Kom­pen­sa­tio­nen, die eine kli­ma­neu­tra­le Pro­duk­ti­on ermög­li­chen. Erst bis zum Jah­re 2045 müs­sen alle Pro­zes­se annä­hernd kli­ma­neu­tral ablau­fen bzw. bilan­ziert wer­den. Selbst hier soll ein Aus­gleich der rest­li­chen, nicht oder sehr schwer ver­meid­ba­ren Emis­sio­nen durch Nega­ti­vemis­sio­nen erfol­gen. So ist etwa bis zum Jahr 2040 eine Reduk­ti­on der gesam­ten Emis­sio­nen um 88 % vor­ge­schrie­ben. Das bedeu­tet für alle zur­zeit fos­sil betrie­be­nen Aggre­ga­te: Ein Betrieb ist wei­ter­hin mög­lich, wird aber durch die CO2-Beprei­sung und zuneh­men­de staat­li­chen Ein­grif­fe wei­ter ver­teu­ert. Der Umstieg in kli­ma­neu­tra­le Ener­gie­trä­ger wird zur stra­te­gi­schen Auf­ga­be für jedes ein­zel­ne Unter­neh­men und hängt ganz wesent­lich vom Zeit­punkt der Ver­füg­bar­keit und Wirt­schaft­lich­keit von Alter­na­ti­ven ab. Bei den fos­si­len Ener­gie­trä­gern kön­nen eine Opti­mie­rung der Ver­fah­ren und auch eine Teil­sub­sti­tu­ti­on von fos­si­len Ener­gie­trä­gern wich­ti­ge Mei­len­stei­ne zur Errei­chung der Kli­ma­zie­le 2030 und 2040 beisteuern.

Dar­aus erge­ben sich ers­te Ansät­ze zur Dekar­bo­ni­sie­rung: Elek­tri­scher Strom als ein Haupt­en­er­gie­trä­ger dient in Gie­ße­rei­en pri­mär zum Betrieb von Induktions‑, Licht­bo­gen- und Wider­stands­öfen. Zudem benö­ti­gen sämt­li­che Kom­pres­so­ren, Ven­ti­la­to­ren, Hub­an­la­gen und wei­te­re Aggre­ga­te Strom in nicht ver­nach­läs­sig­ba­rer Men­ge. Gie­ße­rei­en kön­nen den Teil der auf Strom ent­fal­len­den CO2-Emis­sio­nen redu­zie­ren, indem sie prü­fen, ob Strom CO2-neu­tral zu bezie­hen ist. Eben­falls soll­te eru­iert wer­den, inwie­weit eine Eigen­strom­erzeu­gung z.B. mit­tels Pho­to­vol­ta­ik auf den meist gro­ßen Dach­flä­chen der Pro­duk­ti­ons­stät­ten mög­lich ist. Dies kann nicht nur aus CO2-Sicht einen Vor­teil bie­ten, son­dern auch unab­hän­gig von Strom­prei­sen an der Bör­se machen, die wohl auf län­ge­re Sicht nicht nur der Gie­ße­reibran­che Sor­gen berei­ten. Wo dies im Mehr­schicht­be­trieb nicht aus­reicht, kann die Nut­zung von Wind­strom dazu bei­tra­gen, eine tages­kon­stan­te Pro­duk­ti­on sicherzustellen.

Um Kupol­öfen wei­ter nut­zen zu kön­nen, wäre der Ein­satz von Bio­koks eine Alter­na­ti­ve. Die gro­ße Her­aus­for­de­rung besteht in der Ver­füg­bar­keit von adäqua­ten Sub­sti­tu­ten für Gie­ße­rei­koks. Häu­fig sind kar­bo­ni­sier­te Bio­mas­sen in Pul­ver­form ver­füg­bar, Ange­bo­te von Bio­koks in Bri­kett­form feh­len noch bzw. sind über­schau­bar – hier muss die zukünf­ti­ge Nach­fra­ge mit den poten­zi­el­len Lie­fe­ran­ten zusam­men­ge­führt wer­den. Eine Opti­mie­rung der Bin­der für die Bri­ket­tie­rung sowie die Erfül­lung der Anfor­de­run­gen aus dem Schmelz­pro­zess, wie etwa Poro­si­tät und Stück­grö­ße, sind Bestand­teil lau­fen­der und geplan­ter Ent­wick­lungs­ar­bei­ten. Für den kos­ten­güns­tig trans­por­tier­ba­ren pul­ver­för­mi­gen Bio­koks wäre das Ein­bla­sen – ana­log zu Braun­koh­le­staub – in den Kupo­lo­fen eine Einsatzmöglichkeit.

Eine wei­te­re Alter­na­ti­ve ist Was­ser­stoff, der gas­för­mig ein­ge­düst bzw. über geeig­ne­te Bren­ner genutzt wer­den könn­te. Die lau­fen­den Was­ser­stoff­pro­jek­te in der Stahl­in­dus­trie lie­fern inter­es­san­te Hin­wei­se, inwie­weit ein Ein­spar­po­ten­zi­al vor­han­den ist. Außer­dem lässt sich auch ablei­ten, wie auf­wen­dig ein Umbau einer sol­chen Anla­ge sein kann. Eine wei­te­re Mög­lich­keit ist der Trans­fer der Erkennt­nis­se aus dem Betrieb des koks­lo­sen Kupo­lo­fens. Hier­bei han­delt es sich jedoch um For­schungs­vor­ha­ben, die in naher Zukunft noch nicht in der Pra­xis rea­li­sier­bar sind, aber als Lösung für die gefor­der­te Kli­ma­neu­tra­li­tät bis 2045 denk­bar sind. Das VDEh-Betriebs­for­schungs­in­sti­tut wird feder­füh­rend mit sei­ner Exper­ti­se einen Blick auf die mög­li­che Bre­akthrough-Tech­no­lo­gie Was­ser­stoff wer­fen, um den Fokus für die zukünf­ti­ge Betrach­tung zu schärfen.

Die nächs­ten Pro­jekt­schrit­te betrach­ten Rah­men­be­din­gun­gen und Hemm­nis­se der Trans­for­ma­ti­on. Par­al­lel arbei­tet das Pro­jekt­team am Kom­pass zur Dekar­bo­ni­sie­rung, um Gie­ße­rei­en prak­ti­sche Hil­fen zur Ver­fü­gung stel­len zu können.

Dominik Walter
Projektmanager
Dominik Walter
Projektmanager