COSIMa: CO2-neutraler Saint-Gobain Industriestandort Herzogenrath – Machbarkeitsuntersuchung (progres.nrw)

Pro­gramm für Ratio­nel­le Ener­gie­ver­wen­dung, Rege­ne­ra­ti­ve Ener­gien und Ener­gie­spa­ren – Pro­gramm­be­reich Inno­va­ti­on (progres.nrw – Inno­va­ti­on), 1. Janu­ar 2022 bis 28. Febru­ar 2025

Projektbeschreibung

Die ambi­tio­nier­ten und den­noch dring­li­chen Kli­ma­zie­le des Pari­ser Abkom­mens for­dern sowohl die natio­na­le und regio­na­le Poli­tik als auch die Indus­trie zu zügi­gem Han­deln auf. Saint-Gobain (SG) hat sich die Errei­chung der CO2-Neu­tra­li­tät welt­weit bis 2050 zum Ziel gesetzt. Die­se Ziel­set­zung ist ins­be­son­de­re für die ener­gie­in­ten­si­ve Glas­in­dus­trie eine beson­de­re Herausforderung.
Der Saint-Gobain Stand­ort Her­zo­gen­rath mit der Flach­glas­her­stel­lung (Float­glas) und der Wei­ter­ver­ar­bei­tung zu Auto­mo­bil­ver­gla­sung hat sich zum Ziel gesetzt, die CO2-Neu­tra­li­tät bereits bis 2030 zu errei­chen und regio­nal als auch inter­na­tio­nal eine Vor­rei­ter­rol­le ein­zu­neh­men. Dies dient zum einen der Stand­ort­si­che­rung, zum ande­ren soll dies gleich­zei­tig den Bench­mark der Mach­bar­keit eines sol­chen Vor­ha­bens bis 2030 liefern.
Das über­ge­ord­ne­te Ziel des Gesamt­vor­ha­bens ist die Errei­chung einer CO2-Neu­tra­li­tät nach Scope 1 und 2 bis 2030 für den Gesamt­stand­ort. Bei die­sem ein­grei­fen­den Trans­for­ma­ti­ons­pro­zess möch­te der Stand­ort Her­zo­gen­rath vor­an­ge­hen, um den Stand­ort für die Zukunft zu posi­tio­nie­ren und eine lang­fris­te Stand­ort­si­che­rung und der Bewah­rung der ca. 1000 Arbeits­plät­ze zu erreichen.
Die am Saint-Gobain Stand­ort geplan­ten Akti­vi­tä­ten fol­gen zwei Pfa­den, die sich zu einem ganz­heit­li­chen Kon­zept ergän­zen. Neben der Ent­wick­lung einer neu­en Glas­wan­nen­tech­no­lo­gie („CO2-neu­tra­ler Glas­schmelz­ofen“) soll eine opti­mier­te Ener­gie­ef­fi­zi­enz des Gesamt­ener­gie­sys­tems am Stand­ort erreicht werden.
Ein Arbeits­pa­ket zielt dabei auf die Flach­glas­pro­duk­ti­on als den Haupt­emit­ten­ten von CO2 mit über 80% des Ener­gie­be­darfs am Stand­ort ab, sodass bis 2030 der ers­te indus­tri­el­le CO2-neu­tra­le Glas­schmelz­ofen (Float­glas) am Stand­ort ent­ste­hen soll. Der ener­ge­ti­sche Leis­tungs­be­darf wird heu­te über Erd­gas und einen klei­nen Anteil Elek­tri­zi­tät gedeckt. Zukünf­tig soll das E‑Boosting (elek­tri­sche Zuhei­zung der Glas­schmel­ze) bis zum tech­ni­schen Maxi­mum erhöht wer­den, das jedoch nach aktu­el­lem Wis­sen­stand durch die hohen Anfor­de­run­gen an die Glas­qua­li­tät begrenzt scheint. Die dar­über hin­aus benö­tig­te Ener­gie soll, anstatt wie bis­her über Erd­gas, über einen emis­si­ons­frei­en Brenn­stoff, bevor­zugt Was­ser­stoff, gedeckt wer­den. Der Ein­satz von Sau­er­stoff in der Ver­bren­nung wird eben­falls betrach­tet, da der not­wen­di­ge Was­ser­stoff auf­grund feh­len­der Infra­struk­tur dezen­tral am Stand­ort pro­du­ziert wer­den muss und somit Sau­er­stoff als nutz­ba­res Neben­pro­dukt der Elek­tro­ly­se anfal­len würde.
Die genaue Aus­ge­stal­tung die­ser Hybrid­tech­no­lo­gie und ihr Ein­fluss auf u.a. die geän­der­ten Ver­bren­nungs­ei­gen­schaf­ten in der Brenn­kam­mer, die NOx-Bil­dung, die Wär­me­über­tra­gung, ver­än­der­te Strö­mung der Glas­schmel­ze mit Ein­fluss auf die Glas­qua­li­tät sowie die Impli­ka­tio­nen auf die Feu­er­fest­ma­te­ria­li­en müs­sen vor­ab im Rah­men von Mach­bar­keits­un­ter­su­chun­gen abge­klärt werden.
Neben der tech­no­lo­gi­schen Neu­kon­zep­ti­on der Flach­glas­her­stel­lung sol­len im Rah­men einer „Smar­ten Infra­struk­tur“ zum einen die ther­mi­schen Pro­zes­se im Bereich der Pro­duk­ti­on der Fahr­zeug­ver­gla­sung bei SG Seku­rit opti­miert wer­den, zum ande­ren soll eine umfas­sen­de Ener­gie­sys­tem­ana­ly­se und ‑opti­mie­rung des gesam­ten Stand­or­tes erfolgen.
Dabei zielt ein wei­te­res Arbeits­pa­ket auf die Iden­ti­fi­zie­rung und Quan­ti­fi­zie­rung von wei­te­rem Ener­gie­ein­spa­rungs­po­ten­ti­al in der Auto­glas­pro­duk­ti­on ab. Ins­be­son­de­re die seit 2020 am Stand­ort bestehen­de Linie für Ver­bund­si­cher­heits­glas (Wind­schutz­schei­ben und Dächer), die aus dem SG Stand­ort Stol­berg trans­fe­riert wur­de, hat den Ener­gie­be­darf erhöht und soll hin­sicht­lich ihrer ener­ge­ti­schen Effi­zi­enz ana­ly­siert wer­den. Aber auch die bereits bestehen­den Lini­en für Ein­schei­ben­si­cher­heits­glas (Sei­ten­schei­ben, Rück­schei­ben und Dächer) sol­len ganz­heit­lich in Bezug auf ihren Ener­gie­be­darf ana­ly­siert und bewer­tet werden.
Abschlie­ßend soll eine detail­lier­te Ana­ly­se des gesam­ten Stand­or­tes, sämt­li­cher benö­tig­ter Stoff- und Ener­gie­strö­me der drei Ein­hei­ten SG Glass, SG Seku­rit und SG Rese­arch Ger­ma­ny auf­ge­nom­men, die Mach­bar­keit einer CO2-Neu­tra­li­tät des Gesamt­sys­tems erar­bei­ten und ein ener­ge­ti­sches Simu­la­ti­ons­mo­dell des Gesamt­stand­or­tes zur Aus­le­gungs- und Effi­zi­enz­op­ti­mie­rung erstellt wer­den. Die­ses soll per­spek­ti­visch auch auf ande­re Stand­or­te über­tra­gen werden.
Für eine ener­ge­ti­sche Opti­mie­rung sol­len neben Optio­nen der Ener­gie­wand­lung ins­be­son­de­re durch eine ver­bes­ser­te Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz und eine ver­bes­ser­te Abwär­me­nut­zung sowie Sek­to­ren­kopp­lung betrach­tet wer­den. Ziel ist es zudem, das Ener­gie­sys­tem für eine maxi­ma­le Ver­sor­gungs­si­cher­heit aus­zu­le­gen. Die ener­ge­ti­sche Ver­net­zung des Stand­or­tes muss mit­tel­fris­tig ein wirt­schaft­lich trag­fä­hi­ges Kon­zept zum Ergeb­nis haben, daher sol­len auch mög­li­che Schnitt­stel­len mit der Stadt Her­zo­gen­rath, z.B. bezüg­lich eines Fern­wär­me­net­zes im Rah­men des ent­ste­hen­den Opti­mie­rungs­mo­dells abge­bil­det wer­den können.

Projektziele

  • Ana­ly­se der Was­ser­stoff-Luft-Ver­bren­nung in Labor­tests und Modellierungen
  • Cha­rak­te­ri­sie­rung der Aus­wir­kun­gen der Was­ser­stoff­ver­bren­nung (Luft & O2) auf die Glas­qua­li­tät: Läuterung/Schaumbildung, opti­sche Eigen­schaf­ten und Verflüchtigung.
  • Ent­wick­lung eines Vor­schlags für Feu­er­fest­ma­te­ria­li­en für die Auf­bau­ten von Glas­schmelz­öfen und Rege­ne­ra­to­ren, die für die Was­ser­stoff­ver­bren­nung (Luft und Sau­er­stoff) geeig­net sind
  • Emp­feh­lung zu Kon­struk­ti­ons­än­de­run­gen an Öfen und Rege­ne­ra­to­ren für eine Was­ser­stoff­ver­bren­nung sowie Brennern
  • Ent­wick­lung einer ver­bes­ser­ten ener­ge­ti­schen Prozessregelung
  • Bewer­tung und Prio­ri­sie­rung von Ener­gie­ein­spar­po­ten­tia­len bei der Automobilglasproduktion
  • Hand­lungs­emp­feh­lun­gen zur Ener­gie­ein­spa­rung durch Model­lie­rung aus­ge­wähl­ter ther­mi­scher Prozesse
  • Ent­wick­lung eines vali­dier­ten Ener­gie­sys­tem­mo­dells des Gesamt­stand­orts Herzogenrath
  • Ent­wick­lung von opti­mier­ten Sze­na­ri­en für das Ener­gie­sys­tem am Stand­ort Herzogenrath
  • Doku­men­ta­ti­on und wis­sen­schaft­li­che Aus­wer­tung eines Bei­spiel-Sze­na­ri­os zur Demons­tra­ti­on der Über­trag­bar­keit (Case Stu­dy) sowie die Ent­wick­lung von Schu­lungs­ma­te­ria­li­en u. Doku­men­ta­ti­on zur Weiternutzung

Projektpartner

Ansprechpartner

Jus­tin Hauch, M.Sc.

+49 241 80–26080

hauch@iob.rwth-aachen.de

Dr.-Ing. Moritz Eickhoff

+49 241 80–26065

eickhoff@iob.rwth-aachen.de

Dr.-Ing. Domi­nik Büschgens

+49 241 80–26067

bueschgens@iob.rwth-aachen.de

Förderung

Die­ses Pro­jekt wird durch das Land Nord­rhein-West­fa­len über das För­der­pro­gramm „progres.nrw — Pro­gramm für ratio­nel­le Ener­gie­ver­wen­dung, rege­ne­ra­ti­ve Ener­gien und Ener­gie­spa­ren — Pro­gramm­be­reich Inno­va­ti­on“ gefördert.