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Wasserstoff für das grüne Stahlwerk Wasserstoff messen, aber wie? H2 wird zur Herausforderung für Gaszähler

Redakteur: Dominik Stephan

Darf's ein bisschen mehr sein? Alle wollen Wasserstoff - aber wie viel Gas fließt denn genau durch die Rohre? Nicht jeder Gaszähler ist für die H2-Messung geeignet oder liefert ausreichend genaue Ergebnisse. Zeit, einmal in der Praxis genauer hinzuschauen: Am Salcos-Projekt erprobt eine Kooperation des Stahlkonzerns und der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) verfügbare Messverfahren auf ihre Eignung für die Wasserstoffwirtschaft. Ohne Anpassungen, so das Zwischenfazit, wird es schwierig...

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Der weltweit leistungsstärkste Hochtemperaturelektrolyseur wird in Salzgitter angeliefert. Die PTB und die Salzgitter Flachstahl GmbH arbeiten zusammen, um eine präzise Mengenmesstechnik für den damit produzierten Wasserstoff zu entwickeln.
Der weltweit leistungsstärkste Hochtemperaturelektrolyseur wird in Salzgitter angeliefert. Die PTB und die Salzgitter Flachstahl GmbH arbeiten zusammen, um eine präzise Mengenmesstechnik für den damit produzierten Wasserstoff zu entwickeln.
(Bild: Salzgitter)

Ob für die Industrie oder den Verkehr: Wasserstoff gewinnt nicht nur als klimaneutraler Energieträger zunehmend an Bedeutung, sondern auch als erneuerbares Prozessgas. Nicht nur die Chemie will das leichteste Element des Periodensystems für Power-to-X-Prozesse nutzen, auch die Stahlbranche plant, per Direktreduktion ihre erheblichen CO2-Emissionen zu reduzieren.

Doch wenn die Wasserstoffwirtschaft der Zukunft Wirklichkeit werden soll, braucht es nicht nur Elektrolyseure, Armaturen und Pipelines - es braucht auch geeignete Durchflussmesser, mit denen sich industrielle Produktionsprozesse überprüfen und steuern lassen. Aber wie H2-ready sind heutige Gaszähler wirklich?

Das Stahlwerk wird grün - dank Wasserstoff

Genau das untersuchen Spezialisten der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) zusammen mit Salzgitter Flachstahl am Innovationsprojekts Salcos (Salzgitter Low CO2 -Steelmaking). Dabei soll in Zukunft statt im üblichen Hochofenprozess Eisenerz zunächst mit Hilfe von Erdgas und einem erhöhten Wasserstoffzusatz zu Eisen reduziert werden (die sogenannte "Direktreduktion"). Bei diesem Hochtemperatur-Verfahren (etwa 950°C) entsteht der Eisenschwamm, ein teigiges Roheisen mit einem Eisenghalt von 92–95 %. Da das Gas im Kreislauf geführt wird, ist bei einer schrittweisen Implementierung eines solchen Reaktors eine CO2 -Ersparnis von zunächst bis zu 50% theoretisch möglich, so Salzgitter - ein Wert, der theoretisch deutlich steigen könnte.

Den Wasserstoff für die Versuche soll ein neuer Hochtemperatur-Elektrolyseur liefern: Diese Anlage - die derzeit leistungsstärkste ihrer Art im industriellen Einsatz - erzeugt mit Hilfe regenerativen Stroms Wasserstoff. Dass macht das Projekt zum geeigneten Testumfeld für die Gasemessung: Beim Bau der Anlage wurde deshalb eine Messstrecke vorgesehen, die die PTB für Messungen unter Realbedingungen nutzen will. Mit einem Durchfluss von rund 1000 Kubikmetern gasförmigen Wasserstoffs pro Stunde im Normzustand bietet die Messtrecke die Möglichkeit, Messgeräte wirklich praxisnah und im Dauerbetrieb zu testen.

H2 im Rohr: Welche Durchflussmesser für Wasserstoff?

Diese Versuche unter realen Bedingungen ergänzen andere wasserstoffbezogene Forschungsprojektemit weiteren Industriepartnern und europäischen Forschungsinstitutionen. Dazu gehören unter anderem der Aufbau eines umfangreichen Prüfstandes sowie die Weiterentwicklung von europaweiten Normen und Standards.

Im Rahmen des Projektes wollen die PTB-Spezialisten herkömmliche Gaszähler auf ihre Eignung zur Messung von reinem Wasserstoff testen und vergleichende Untersuchungen mit Erdgas und Luft durchführen. Für bestimmte Messgeräte wie Ultraschall-Gaszähler steht bereits fest, dass eine grundlegende Optimierung des Designs für Anwendungen mit reinem Wasserstoff unumgänglich ist.

Corioliszähler eignen sich grundsätzlich für die Messung von Gasmengen, wegen der geringen Dichte von Wasserstoff wirken sich Einflussgrößen wie die Temperatur jedoch stärker auf das Messergebnis aus, als dies bei anderen Prozessgasen wie Stickstoff der Fall ist. Ob Coriolisgaszähler ebenso wie andere etablierte Gasmesstechniken die nötige Genauigkeit und Verlässlichkeit liefern, muss sich daher erst herausstellen.

Wegen des zunehmenden Einsatzes des leichten Gases können bereits kleine Messfehler große wirtschaftliche Nachteile verursachen. Dies betrifft sowohl die Messung von Prozessgasen als auch Messungen im Zusammenhang mit der Wasserstoffeinspeisung in das Erdgasnetz und der eichpflichtigen Abrechnung der Verbraucher.

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