Die Verzinkungsindustrie steht vor der Aufgabe, die CO2-Emissionen in ihren Hochtemperaturprozessen künftig erheblich zu senken. Als alternativer Brennstoff zur Umrüstung von Bestandssystemen bietet sich grüner Wasserstoff an. Aufgrund der im Vergleich zu Erdgas abweichenden Flammcharakteristiken müssen die Auswirkungen von Wasserstoffbrennern auf Verzinkungskessel, Abgas und Gesamtwirkungsgrad sorgfältig untersucht werden. So soll die Integration von wasserstoffbetriebenen Brennern in bestehende Prozesse und Anlagen ermöglicht werden. Das Forschungsprojekt H2Rollout unter Beteiligung der Westfälischen Hochschule untersucht nun das Brennverhalten sogenannter Flachflammenbrenner und deren Umstellung auf Wasserstoff. Diese Brennerform findet bei der Stückgutfeuerverzinkung häufig Verwendung. Ziel des Projektes ist es, einen Wasserstoffanteil von 100 Prozent im Verzinkungsprozess zu erreichen.
ZINQ stellt Pilotanlage zur Verfügung
Das Unternehmen ZINQ beteiligt sich mit seinem Standort in Castrop-Rauxel an dem Projekt und stellt einen seiner Kessel als Pilotanlage zur Demonstration des Wasserstoffeinsatzes bereit. Konkret soll zunächst einer der verwendeten Flachflammenbrenner durch eine wasserstoffbetriebene Variante ersetzt und in das bestehende Regelungssystem integriert werden. Parallel prüft ZINQ mögliche Ansätze für eine stabile, langfristige und wirtschaftliche Versorgung mit Wasserstoff.
Robert Mill, Leiter der Anlagentechnik bei ZINQ, erklärt: "Wir setzen große Hoffnungen in das Projekt. Es legt für uns das Fundament, um technisch vorbereitet zu sein, sobald die Rahmenbedingungen für den Einsatz von Wasserstoff geschaffen sind. Entscheidend wird aber sein, dass am Ende nicht nur die technischen, sondern auch die regulatorischen, infrastrukturellen und wirtschaftlichen Voraussetzungen stimmen."
Anpassung der Wasserstoffflamme durch Simulation
Prof. Martin Habermehl von der Westfälischen Hochschule ist unter anderem für die Strömungssimulationen verantwortlich. Diese bilden die Basis dafür, die Wasserstoffflamme an den bisherigen Betrieb der Erdgasbrenner anzupassen. Er und sein Team begleiten und analysieren außerdem den Probebetrieb. Dabei erfassen sie etwa das Brennverhalten, die Temperaturen sowie den Wassergehalt und die Stickoxide im Abgasstrom der Wasserstoffflamme.
Martin Habermehl erläutert: "Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Verbrennung durchgängig stabil bleibt und dass sie in den bestehenden Prozess integriert werden kann." Denn das flüssige Zink in den Kesseln habe nur einen geringen Toleranzbereich, in dem sich die Temperatur bewegen müsse. Zudem dürfe der Kessel, das Herzstück einer jeden Verzinkerei, keinen Schaden davontragen.
Optimierung der Prozessregelung
Die Firma ProPuls GmbH, eine Ausgründung der Westfälischen Hochschule, ist im Forschungsprojekt für die Steuerungs- und Regelungstechnik zuständig. Philipp Neuhaus, Teamleiter MSR-Technik bei ProPuls, erklärt: "Die Daten aus den Simulationen und die Messwerte aus dem Pilotbetrieb sind unsere Grundlage für die Optimierung der Prozessregelung."
Vorbild für die gesamte Branche
Das Förderprogramm "T!Raum – TransferRäume für die Zukunft von Regionen" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert das Forschungsprojekt. Das Projekt ist Teil der Transfer-Initiative "H2Raum", initiiert von der Westfälischen Hochschule und dem Fraunhofer IEG, und untersucht bis 2028 die Umrüstung von Flachflammenbrennern auf Wasserstoff am Beispiel der Verzinkerei ZINQ in Castrop-Rauxel. Die Verbundpartner Westfälische Hochschule, ProPuls GmbH und der Industriepartner ZINQ wollen mit den Projektergebnissen eine Blaupause für die Verzinkungsindustrie sowie weitere prozesswärmeabhängige Industriezweige entwickeln.
Die Initiative H2Raum
Die Initiative H2Raum wird gefördert durch das Förderprogramm "T!Raum – TransferRäume für die Zukunft von Regionen" des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt. Ziel des Förderprogramms ist, in strukturschwachen Regionen langfristig zukunftsweisende Innovationen und den Strukturwandel gleichermaßen voranzutreiben. Im Speziellen will der H2Raum dafür sorgen, dass die Wasserstoffakteure im Ruhrgebiet voneinander lernen, gemeinsam diskutieren und miteinander Wasserstoffprojekte entwickeln und durchführen. Der H2Raum adressiert dabei alle Interessierten vom Start-up über kleine und mittelständische Unternehmen, Hochschulen, Bildungs- und Forschungseinrichtungen über Studierende, Schülerinnen und Schüler bis in die Zivilgesellschaft hinein.
Die Westfälische Hochschule forscht seit über 20 Jahren im Bereich der Wasserstofftechnologie und ist Partnerin zahlreicher regionaler und überregionaler Initiativen. Seit dem Wintersemester 2024/25 bietet die Hochschule den Studiengang "Wasserstoffsysteme und Erneuerbare Energien" an. Und mit dem "H2 Solution Lab" entsteht, gefördert im Rahmen des 5-StandorteProgramms von Bund und Land NRW, ein zukunftsweisendes Wasserstofflabor an der Westfälischen Hochschule als wichtige Säule des Wasserstoffstandortes Gelsenkirchen.
Das Fraunhofer IEG beschäftigt sich als Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft schwerpunktmäßig mit Geothermie, Energieinfrastrukturen sowie der industrienahen Wasserstoffforschung. Es leitet mit TransHyDE eines der drei Leitprojekte des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz zu Wasserstofftechnologien, entwickelt innovative Speicherlösungen und unterstützt bei der Integration von Wasserstofftechnologien in die Energiesysteme.
