Wodór do procesów wysokotemperaturowych Wykorzystanie wodoru do zmniejszenia emisji CO₂ podczas utwardzania tłocznego

Źródło: komunikat prasowy FZ Jülich | Tłumaczenie wykonane przez sztuczną inteligencję 4 min Czas czytania

W procesie hartowania tłocznego blachy metalowe muszą osiągać temperaturę powyżej 900 °C. Instalacja pilotażowa w ramach projektu Hyheat pokazuje, jak można w tym celu wykorzystać wodór oraz jak zmieniać gaz opałowy w trakcie pracy. Celem jest zmniejszenie emisji CO₂ podczas obróbki cieplnej.

Przed instalacją demonstracyjną HyHeat w Simmerath: (od lewej) Michael Theben (kierownik działu ds. ochrony klimatu w Ministerstwie Gospodarki, Przemysłu, Ochrony Klimatu i Energii kraju związkowego Nadrenia Północna-Westfalia), dr Tim Grüttemeier (członek Rady Regionu Miejskiego Aachen), Alexander Wilden (wyłączny właściciel i dyrektor zarządzający grupy schwartz), prof. Peter Jansens (członek zarządu Centrum Badawczego w Jülich), prof. Peter Wasserscheid (dyrektor Instytutu Zrównoważonej Gospodarki Wodorowej w Centrum Badawczym w Jülich), prof. Andreas Peschel (dyrektor wykonawczy Instytutu Zrównoważonej Gospodarki Wodorowej w Centrum Badawczym w Jülich)(Zdjęcie: Centrum Badawcze w Jülich / La Mechky)
Przed instalacją demonstracyjną HyHeat w Simmerath: (od lewej) Michael Theben (kierownik działu ds. ochrony klimatu w Ministerstwie Gospodarki, Przemysłu, Ochrony Klimatu i Energii kraju związkowego Nadrenia Północna-Westfalia), dr Tim Grüttemeier (członek Rady Regionu Miejskiego Aachen), Alexander Wilden (wyłączny właściciel i dyrektor zarządzający grupy schwartz), prof. Peter Jansens (członek zarządu Centrum Badawczego w Jülich), prof. Peter Wasserscheid (dyrektor Instytutu Zrównoważonej Gospodarki Wodorowej w Centrum Badawczym w Jülich), prof. Andreas Peschel (dyrektor wykonawczy Instytutu Zrównoważonej Gospodarki Wodorowej w Centrum Badawczym w Jülich)
(Zdjęcie: Centrum Badawcze w Jülich / La Mechky)

Aby celowo zmieniać kształt i twardość metali, konieczne są specjalne procesy obróbki cieplnej. Odgrywają one ważną rolę między innymi w procesie utwardzania tłocznego elementów karoserii. W tym procesie blachy metalowe są podgrzewane do temperatury powyżej 900 °C, co wiąże się z bardzo dużym zapotrzebowaniem na energię. Wymagane ciepło procesowe jest zazwyczaj wytwarzane poprzez spalanie paliw kopalnych. Powoduje to znaczne emisje CO₂.

W tym miejscu wkracza projekt Hyheat: dzięki już działającej instalacji grupa Schwartz i Centrum Badawcze w Jülich pokazują, że przełączanie się między gazem kopalnym a wodorem w takich procesach wysokotemperaturowych jest technicznie wykonalne. Stanowi to znaczący postęp na drodze do wprowadzenia rozwiązania na rynek.

Ograniczenie emisji CO₂ związanych z ciepłem technologicznym

Potencjał wykorzystania wodoru zamiast paliw kopalnych jest znaczny: instalacja do obróbki cieplnej służąca do utwardzania tłoczonego generowała dotychczas około 2000 ton emisji CO₂ rocznie. Dzięki projektowi Hyheat partnerzy wskazują na możliwość uczynienia tego etapu produkcji samochodów bardziej przyjaznym dla klimatu.

Całkowity budżet projektu wynosi około 2,4 miliona euro, a Federalne Ministerstwo Badań Naukowych, Technologii i Kosmosu (BMFTR) przeznaczyło na niego około 1,7 miliona euro.

Elastyczna integracja wodoru z istniejącymi procesami

Około 80% wszystkich elementów karoserii utwardzanych tłoczeniem w światowej branży motoryzacyjnej jest obecnie poddawanych obróbce cieplnej w instalacjach Grupy Schwartz. Instalacja pilotażowa opracowana w ramach projektu Hyheat ma pokazać, w jaki sposób wodór można elastycznie zintegrować jako gaz palny z istniejącymi procesami.

„W ramach instalacji pilotażowej badamy możliwość przejścia na wodór w trakcie bieżącej eksploatacji. Dzięki domieszce i płynnej zmianie gazu palnego można wykorzystać nawet niewielkie ilości dostępnego wodoru”, mówi Philipp Morsch z Instytutu Zrównoważonej Gospodarki Wodorowej (IHE-4) przy Centrum Badawczym w Jülich, który koordynuje nadzór naukowy nad projektem HC-H2.

Instalacja pilotażowa w siedzibie głównej firmy Schwartz w Simmerath stanowi część przemysłowej instalacji do obróbki cieplnej. Jej technicznym sercem są innowacyjne palniki wielopaliwowe firmy Econova, spółki zależnej Schwartz. W pierwszych testach przeprowadzonych w tym roku instalacja pilotażowa została już z powodzeniem uruchomiona przy wykorzystaniu wodoru. Udało się przy tym wykazać możliwość płynnego przełączania się między różnymi gazami palnymi. Ta elastyczność ma szczególne znaczenie, dopóki powszechne dostawy wodoru nie są jeszcze dostępne wszędzie.

Kolejny krok: optymalizacja całego systemu

Obecnie uwaga skupia się na kolejnym etapie prac badawczych: optymalizacji całego systemu. W tym celu system regulacji zostanie udoskonalony w taki sposób, aby niezależnie od rodzaju stosowanego gazu paliwowego – wodoru, gazu ziemnego czy propanu – osiągnąć jak najbardziej optymalne warunki pracy.

W przypadku przeniesienia na skalę przemysłową pojawia się kolejne wyzwanie: przemysłowe instalacje do obróbki cieplnej wykorzystują liczne palniki, które muszą być ze sobą zsynchronizowane. Instalacja pilotażowa umożliwia inżynierom eksploatacyjnym firmy Schwartz GmbH badanie tych wzajemnych oddziaływań w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Instalacja demonstracyjna stanowi zatem etap wstępny dla potencjalnych instalacji do obróbki cieplnej na skalę przemysłową.

„Dla naszych klientów kluczowe znaczenie ma to, że mogą dziś zainwestować w instalację bez konieczności trwałego wiązania się z jednym nośnikiem energii. Technologia wielopaliwowa zapewnia niezbędną elastyczność, umożliwiającą stopniowe przejście na wodór” – wyjaśnia Alexander Wilden, wyłączny właściciel i dyrektor zarządzający Grupy Schwartz.

Zapisz się do newslettera już teraz

Nie przegap naszych najlepszych treści

Klikając „Zapisz się do newslettera”, wyrażam zgodę na przetwarzanie i wykorzystywanie moich danych zgodnie z formularzem zgody (rozwiń, aby poznać szczegóły) i akceptuję warunki korzystania. Więcej informacji znajdziesz w naszej polityce prywatności. Wyrażenie zgody dotyczy w szczególności przesyłania biuletynów redakcyjnych drogą elektroniczną oraz łączenia danych w celach marketingowych z wybranymi partnerami reklamowymi (np. LinkedIn, Google, Meta).

Rozwiń, aby poznać szczegóły Twojej zgody

„Projekty takie jak Hyheat ożywiają proces przemian strukturalnych w Zagłębiu Renu i otwierają perspektywy na przyszły wzrost gospodarczy oraz zatrudnienie” – mówi Michael Theben, kierownik działu ds. ochrony klimatu w Ministerstwie Gospodarki, Przemysłu, Ochrony Klimatu i Energii kraju związkowego Nadrenia Północna-Westfalia. „Właśnie takie konkretne projekty realizowane we współpracy z lokalnymi przedsiębiorstwami mają ogromną wartość dla regionu. Mamy nadzieję, że wkrótce pojawi się więcej tego typu inicjatyw”.

Wykorzystanie ciepła odpadowego do zaopatrzenia w wodór

Oprócz badań nad działaniem palników w instalacji pilotażowej Centrum Badawcze Jülich analizuje w ramach projektu Hyheat, w jaki sposób w przyszłości można by zaopatrywać zakłady przemysłowe nieposiadające rurociągu wodorowego. Głównym przedmiotem zainteresowania jest chemiczne magazynowanie wodoru. Za pomocą symulacji naukowcy z Instytutu na rzecz Zrównoważonej Gospodarki Wodorowej (IHE) przy Centrum Badawczym Jülich badają, która technologia magazynowania nadaje się do zastosowania w przemysłowych instalacjach obróbki cieplnej. Kluczową rolę odgrywa tu integracja ciepła. W ramach badań towarzyszących IHE bada, czy ciepło zawarte w spalinach będzie można w przyszłości wykorzystać do uwolnienia wodoru związanego chemicznie z nośnika magazynowego.