IGF-Projekt TTgoesH2

TTgoesH2 – Integration von Wasserstoff als klimaneutraler Energieträger in die industrielle und gewerbliche Thermoprozesstechnik

Laufzeit
01.01.2021 – 30.06.2023

Die AiF IGF Leittechnologie Projekt TTgoesH2 setzt sich aus drei Teilprojekten zusammen:

  • Teilprojekt 1: ULoBurn – Ultra Low Emission Burners
  • Teilprojekt 2: GreCoCon – Green Combustion Control
  • Teilprojekt 3: ResInma – Resistant, Innovative Materials

Das IOB ist in den Teilprojekten 1 und 3 vertreten, die im Folgenden genauer vorgestellt werden.

ULoBurn – Entwicklung ultra-emissionsarmer Verbrennungssysteme für Thermoprozessanlagen mit Wasserstoffeinsatz (Ultra Low Emission Burners)

Teilprojekt 1
Forschungsstellen
RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
TU Bergakademie Freiberg, Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik, Lehrstuhl für Gas- und Wärmetechnische Anlagen
DBI Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg

Im Rahmen der Energiewende wird in Deutschland angestrebt, vermehrt aus regenerativen Quellen erzeugten Wasserstoff in die Gastransportnetze einzubringen. Die Branche der Thermoprozesstechnik nutzt vorrangig gasförmige Brennstoffe. Bei volatiler Gasbeschaffenheit steht sie vor großen Herausforderungen. Daher werden Konzepte für Verbrennungssysteme benötigt, die auch unter veränderlichen Brennstoffzusammensetzung und bei der Nutzung von reinem Wasserstoff geringe Schadstoffemissionen gewährleisten. Gerade in Bezug auf NOx-Emissionen ist in den nächsten Jahren mit einer zunehmenden Verschärfung der Grenzwerte zu rechnen. Zahlreiche physikalische und chemische Eigenschaften von Wasserstoff weichen deutlich von Erdgas ab. Dies hat deutliche Auswirkungen auf die Auslegung und Entwicklung der Brenner, der Thermoprozessanlagen und die benötigte Peripherie.
Das Grundlagenwissen von KMU in der Branche ist im Bereich der Nutzung alternativer Brennstoffe wie Wasserstoff meist gering und aufgrund der geringen Anzahl industrieller Anlagen ist Erfahrung hiermit nur vereinzelt vorhanden. Im Hinblick auf die Entwicklung ultra-emissionsarmer Verbrennungssysteme für Thermoprozessanlagen von morgen ist dies jedoch von erheblichem Interesse. Im Rahmen des Vorhabens sollen Konzepte und Entwicklungsempfehlungen entwickelt und validiert werden, mit denen ein sicherer und wirtschaftlicher Betrieb von Thermoprozessanlagen unter Einfluss von Wasserstoff im Brenngas möglich ist.
Die Forschungsarbeiten tragen zur Erweiterung der Wissensbasis von Brennerherstellern und Ofenbauern (meist KMU), aber auch von Komponentenzulieferern und Ingenieurdienstleistern bei. Eigenentwicklungen in KMUs auf diesem Gebiet werden durch die Forschungsarbeiten vorangetrieben. Mit dem Vorhaben wird die Technologieführerschaft deutscher Unternehmen beim Einsatz von Wasserstoff gesichert. Relevante Unternehmen sind schon während des Vorhabens in alle Abschnitte der Forschung involviert.

ResInMa – Innovative Werkstoffkonzepte für den Einsatz in Wasserstoff und dessen Verbrennungsprodukten: Feuerfestmaterialien, Stähle, Keramiken für Thermoprozessanlagen (Resistant, Innovative Materials)

Teilprojekt 3
Forschungsstellen
RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
TU Bergakademie Freiberg, Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik, Lehrstuhl für Gas- und Wärmetechnische Anlagen
Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien

Durch die Wasserstoffstrategie der Bundesregierung wird der Anteil von Wasserstoff im Erdgasnetz steigen. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden andere Zusammensetzungen und Temperaturen haben. Materialien im industriellen Thermoprozessanlagenbau müssen für die maximale Lebensdauer gut auf diese Bedingungen abgestimmt sein. Durch die Veränderung der Ofenatmosphären verändern sich Einflüsse der verschiedenen Schädigungsmechanismen und bisherige Erfahrungswert sind nicht mehr gültig. Das gilt sowohl für die Brennerkomponenten Wärmeübertrager, Konstruktionskeramiken und Feuerfestmaterialien. Im Rahmen des Vorhabens soll der schädigende Einfluss von Wasserstoff- und Wasserdampfatmosphären bei hohen Temperaturen auf typische Materialien im Bereich von Thermoprozessanlagen untersucht und quantifiziert werden. Ausgewählte Stähle, Keramiken und Feuerfestmaterialien werden unter vorher definierten Randbedingungen in Langzeitversuchen (kontinuierlich und zyklisch) ausgelagert und anschließend untersucht. Dabei werden Massenverluste, Formänderungen, Materialveränderungen und Wasserstoffaufnahme analysiert. Im Rahmen des Vorhabens sollen Handlungsempfehlungen entwickelt werden, mit denen ein sicherer und wirtschaftlicher Betrieb von Thermoprozessanlagen unter Einfluss von Wasserstoff im Brenngas möglich ist. Die Schädigung typischer Materialien unter typischen Bedingungen wird quantifiziert. Zusätzlich werden Maßnahmen wie Coatings zur Unterdrückung oder Reduzierung der Schädigung untersucht und bewertet. KMUs erhalten eine Methodik zur Bewertung von zu erwartenden Schädigungen für Bestandsanlagen und Werkstoffkonzepte für die Auslegung von Neuanlagen. Eigenentwicklungen in KMUs auf diesem Gebiet werden durch die Forschungsarbeiten vorangetrieben. Mit dem Vorhaben wird die Technologieführerschaft deutscher Unternehmen beim sicheren Einsatz von Wasserstoff gesichert. Relevante Unternehmen sind schon während des Vorhabens in alle Abschnitte der Forschung involviert.


Das IGF-Vorhaben 31 LBG bzw. 33 LBG der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Weitere Informationen erhalten Sie über das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V., Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt oder info@fkm-net.de