Wasserstoff für Hochtemperaturprozesse Mit Wasserstoff zu weniger CO₂ beim Presshärten

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Beim Presshärten benötigen Metallplatinen Temperaturen von mehr als 900 °C. Eine Pilotanlage im Projekt Hyheat zeigt, wie sich Wasserstoff dafür einsetzen und das Brenngas im laufenden Betrieb wechseln lässt. Ziel ist es, die CO₂-Emissionen der Wärmebehandlung zu senken.

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 das Projekt 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 2000 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 % aller pressgehärteten Karosserieteile im Automobilsektor weltweit werden heute in einer Wärmebehandlungsanlage der Schwartz Gruppe erhitzt. Die im Projekt Hyheat entwickelte Pilotanlage soll zeigen, wie sich Wasserstoff flexibel als Brenngas in die bestehenden Prozesse integrieren lässt.

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„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 von Schwartz in Simmerath bildet einen Teilbereich einer industriellen Wärmebehandlungsanlage ab. Technisches Herzstück sind innovative Multifuel-Brenner des Schwartz-Tochterunternehmens Econova. 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 Betriebsingenieuren der Schwartz GmbH, diese Wechselwirkungen unter praxisnahen Bedingungen zu untersuchen. Der Demonstrator bildet damit eine Vorstufe für mögliche Wärmebehandlungsanlagen im Industriemaßstab.

„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“, erklärt 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.“

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.

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