NWO-DFG, Wirbelschichttechnologie zur Regeneration von wasserstoffbasiertem Eisenbrennstoff

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575570236

Der Klimawandel erfordert einen Wechsel von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien. Aufgrund der unstetigen Verfügbarkeit von Energiequellen wie Sonne und Wind werden neue Energieträger benötigt für eine dezentrale, langfristige Speicherung und Transport. Eisenpulver hat sich als sauberer, sicherer und günstiger Energieträger etabliert, insbesondere wegen seiner hohen volumetrischen Energiedichte. Es setzt chemische Energie durch Oxidation mit Luft oder Reaktion mit Wasser frei und erzeugt dabei Hochtemperaturwärme und/oder Wasserstoff. Das entstehende Eisenoxid kann durch chemische Reduktion mit grünem Wasserstoff wieder zu Eisen regeneriert werden (H2-DRI). Dieser zyklische Oxidations-Reduktions-Prozess, bekannt als Iron Power Cycle, schafft eine kreislauffähige, CO2-freie Energiewirtschaft. Während die Entwicklung der Eisenverbrennung mit Demonstrationen von Wirbelschichtkesseln im MW-Maßstab rasch vorangeschritten ist, hinkt die Entwicklung der Technologie zur Regeneration von grünem Eisenpulver (Eisenoxidreduktion) hinterher. Dieser Projektantrag konzentriert sich auf die Herausforderungen der Regeneration/Reduktion in Wirbelschichten. Wirbelschichten finden u.a. Anwendung und pharmazeutischen Industrie und der Verbrennungstechnik. Aufgrund hoher Wärme- und Stoffübergangsraten zwischen Gasen und Feststoffen ist sie sehr attraktiv und wurde bereits vorläufig für den Regenerierung im Iron Power Cycle untersucht. Das Ziel dieses Projekts ist es, das grundlegende Verständnis reaktiver, kohäsiver Partikelströme im H2-Eisenherstellungsprozess in Wirbelschichten für die industrielle Anwendung des Iron Power Cycle zu erweitern. Mit einem neuartigen Versuchsaufbau werden erstmals die Kollision und das resultierende Sintern von laserbeheizten Partikeln mit zwei Hochgeschwindigkeitskameras gemessen. Darüber hinaus wird für H2-DRI-Prozess untersucht, welche Form der Wirbelschicht die höchste Effizienz aufweist. Es werden die blasenbildende Wirbelschicht, Strahlschicht und zirkulierende Wirbelschicht verglichen. Dadurch werden erstmalig Daten zur Kollision kohäsiver Partikel und zur reaktiven Gas-Feststoff-Strömungsdynamik in verschiedenen Wirbelschichten geliefert, die für die Entwicklung und Validierung numerischer Modelle unerlässlich sind. Schließlich sollen numerische Werkzeuge mit generischen Modulen entwickelt werden, die über dieses Projekt hinaus für breite Anwendungen von Gas-Feststoff-Strömungen mit chemischen Reaktionen einsetzbar sind. Trotz der Fokussierung auf die wissenschaftliche Wirkung, wird dieses Projekt langfristig auch Einflüsse auf die technologische Entwicklung (TRL-Erhöhung) und die Anwendung des Iron Power Cycle sowie der grünen Stahlherstellung haben. Die Forschung verfolgt einen kombinierten experimentellen und numerischen Ansatz. An der TUHH liegt der Schwerpunkt auf Experimenten. An der TU/e liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung numerischer Modelle und Simulationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Partnerorganisation: Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Yali Tang