Wasserstoff für den Antrieb von Aluminiumgießereien: Wie sieht die Zukunft aus?

Bisher wird die Möglichkeit, die in Gießereien eingesetzten fossilen Brennstoffe durch „grünen“ Wasserstoff zu ersetzen, durch den Bedarf an enormen Investitionen eingeschränkt.

Das Thema Dekarbonisierung im Gießereisektor war Gegenstand zahlreicher eingehender Studien, die Assofond durchgeführt hat, mit dem Ziel, die verschiedenen Hypothesen technischer Lösungen zum Thema Ersatz fossiler Brennstoffe, die derzeit als Energieträger verwendet werden, zu „untersuchen“. Viele Öfen werden in der Gießerei verwendet, sowohl für die Herstellung von Eisen- als auch Nichteisengussteilen.

Aus den Analysen zu den Energiediagnosen der Gießereiunternehmen im Jahr 2018 in Bezug auf die Verpflichtungen, die energieintensiven Unternehmen durch das Gesetz zur Energierationalisierung auferlegt werden, ging hervor, dass von der gesamten Gussstückproduktion nur 21 % transportiert werden Der Rest wird mithilfe von Schmelzöfen und Strom erzeugt, während die restliche Menge mithilfe von Gasöfen erzeugt wird, hauptsächlich aus Methan (54 %) oder Koks (25 %).

In Eisenmetallgießereien (Stahl und Gusseisen) erfolgt das Schmelzen in Kupolöfen mit Koks, in Drehöfen mit Oxymethan-Brennern sowie in elektrischen Induktions- oder Lichtbogenöfen. Nichteisenmetallgießereien nutzen überwiegend Gasöfen.

Die Dekarbonisierung von Aluminiumhütten und Wasserstoff

Die im europäischen Grünen Deal festgelegte Politik der Europäischen Union zur Bekämpfung der Treibhausgasemissionen hat im Vergleich zu den Zielen, die die Europäische Kommission im Juli 2021 mit dem neuen Maßnahmenpaket „Fit for 55“ festgelegt hat, eine Beschleunigung erfahren. Ziel ist die Erreichung der Klimaneutralität im Jahr 2050 mit dem Zwischenziel für 2030, die CO2-Emissionen um 55 % im Vergleich zum Niveau von 1990 zu reduzieren. Dies hat die Festlegung von Strategien zur kurzfristigen Umsetzung von Prozessen zur Dekarbonisierung von Industriesektoren dringlicher gemacht. die es ermöglichen können, die für 2030 festgelegten Ziele zur Reduzierung der klimaschädlichen Emissionen zu erreichen.

Eine Branchenstudie hat für die verschiedenen untersuchten Industriesektoren die möglichen Dekarbonisierungslösungen aufgezeigt, die mittel-/langfristig umgesetzt werden können.

Für die Gießerei wurden unter den möglichen „Hebeln“ auf dem Weg zur Dekarbonisierung des Sektors bis 2050 neben Lösungen zur Ofenelektrifizierung – die enorme wirtschaftliche Investitionen sowie wichtige Änderungen im Unternehmenslayout erfordern – praktikablere Lösungen identifiziert die Gasöfen kurzfristig (von jetzt bis 2030) und mittel-langfristig (bis 2050). Darüber hinaus wurden die Rahmenbedingungen dargestellt, welche Beiträge die Gießereibranche zur Dekarbonisierung leisten kann, und gleichzeitig die Kosten pro eingesparter Tonne CO2eq abgeschätzt.

Unter diesen Hebeln wurden Hypothesen für den Ersatz von Kraftstoffen fossilen Ursprungs durch „grüne“ Kraftstoffe, Biomethan und/oder grünen Wasserstoff (Wasserstoff, der durch Elektrolyseure erzeugt wird, die mit Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben werden) identifiziert.

PNRR und Dekarbonisierung von Gießereien

Die Energiewende hat im Nationalen Konjunktur- und Resilienzplan das Instrument gefunden, um durch wichtige wirtschaftliche Beiträge die Umsetzung von Projekten in verschiedenen Bereichen zu ermöglichen.

Zu den in den Missionen des Plans vorgesehenen Zielen gehören Themen wie:

• Digitalisierung;
• Innovation;
• Wettbewerbsfähigkeit;
• Kultur;
• Grüne Revolution und ökologischer Wandel;
• Infrastrukturen für nachhaltige Mobilität;
• Bildung und Forschung, Inklusion und Zusammenhalt, Gesundheit.

Das PNRR steht in vollem Einklang mit den in Europa durch das Next Generation EU (NGEU) definierten sechs Säulen und erfüllt weitgehend die Parameter der europäischen Regelungen zu den Quoten „grüner“ und digitaler Projekte.

Die im Plan vorgesehene Energieeffizienz und die Nutzung von Energiequellen mit geringer Umweltbelastung stehen im Mittelpunkt der Strategie, die der Gießereisektor definiert hat, um die im europäischen Grünen Deal festgelegten Dekarbonisierungsziele zu erreichen.

Unter den Technologien, die weiterentwickelt werden müssen, sind das Thema Wasserstoff sowie die Abscheidung, Transport und Speicherung (CCUS) von CO2 für Industriesektoren im Hinblick auf die Dekarbonisierung von potenziellem Interesse.

Insbesondere die Verwendung von Wasserstoff als Ersatz für fossile Brennstoffe war Gegenstand der Aufmerksamkeit von Assofond, das mögliche zunächst teilweise (10 ÷ 20 % Mischung) Ersetzungen von Methan zum Antrieb der Brenner von Schmelzöfen evaluiert hat.

Die verschiedenen eingehenden Studien, die zu den von Confindustria koordinierten technischen Tabellen der schwer zu reduzierenden Sektoren durchgeführt wurden, haben sofort deutlich gemacht, dass die hohen Kosten für die heutige Produktion von „grünem“ Wasserstoff aus Elektrolyseuren eine Grenze darstellen, die diesen Weg tatsächlich begrenzt für viele Sektoren, die den wirtschaftlichen Auswirkungen einer solchen Entscheidung nicht standhalten könnten.

Ein weiteres Problem stellt derzeit die fehlende Infrastruktur zur Wasserstoffverteilung dar; Die Nutzung von Wasserstoff als Ersatz für Methan in Öfen erfordert Investitionen nicht nur in den Bau von Photovoltaikanlagen zur Erzeugung „grüner“ Energie und für Elektrolyseure, sondern auch in die notwendigen Wasserstoffspeichersysteme. Selbst unter der Annahme, dass die mit den enormen erforderlichen Investitionen verbundenen Aspekte überwunden werden können, bleibt das Hindernis der OPEX-Kosten im Zusammenhang mit der Produktion von Wasserstoff bestehen und selbst im Vergleich zu den „stratosphärischen“ Niveaus, die der Methanpreis im Jahr 2022 erreicht, unhaltbar; Preise, die viele gasverbrauchende Unternehmen, auch im Gießereisektor, in die Knie gezwungen hätten.

Die vom PNRR vorgesehenen Interventionen zur Entwicklung der Nutzung von Wasserstoff in den identifizierten schwer zu reduzierenden Sektoren (insbesondere: Mission M2 – Komponente C2 – Intervention 3. Förderung der Produktion, Verteilung und Endverwendung von Wasserstoff) haben das Problem nicht gelöst Problem der OPEX im Zusammenhang mit der Produktion von Wasserstoff, obwohl diese Hindernisse mehrfach dem Ministerium für Umwelt und Energiesicherheit von Vertretern aller schwer zu reduzierenden Sektoren gemeldet worden waren, die sich über den Mangel an OPEX-Subventionen für die Produktion von Wasserstoff beklagten Einsatz von nachhaltigem Wasserstoff im Forschungs- und Entwicklungsprojekt. Dies stellt daher eine große Investitionsbremse dar.

Der Ministerialerlass 21. Oktober 2022, Nr. 463 hat Bestimmungen zu den Methoden und allgemeinen Kriterien für die Gewährung der Leistungen des PNRR im Rahmen von Mission 2, Komponente 2, Investition 3.1 „Wasserstoffproduktion in stillgelegten Industriegebieten (Wasserstoffvalleys)“ sowie Investition 3.2 „Nutzung“ festgelegt von Wasserstoff in schwer zu reduzierenden Sektoren". Der Erlass regelt auch die Methoden zur Anerkennung von „grünem“ Wasserstoff und „erneuerbarem“ Wasserstoff, Gegenstand der geplanten Finanzierung. Eine Finanzierung zur Deckung der Investitionskosten bleibt ausgeschlossen, während jegliche Unterstützung im Zusammenhang mit den Verwaltungskosten der im Rahmen der Umsetzung des PNRR geschaffenen Anlagen ausgeschlossen bleibt.

Nach der Veröffentlichung der Bekanntmachung führte Assofond Beurteilungen hinsichtlich der Möglichkeit des Zugangs dazu durch, insbesondere in Bezug auf Titel III der Bekanntmachung, der den schwer zu reduzierenden Sektoren gewidmet ist, und insbesondere in Bezug auf die in der Kunst vorgesehenen Vorteile. 8, Buchstabe a) des Dekrets, das eine Milliarde Euro „für die Umsetzung von Projekten und Interventionen bereitstellt, die darauf abzielen, mindestens zehn Prozent des in Produktionsprozessen verwendeten Methans und der fossilen Brennstoffe zu ersetzen“, wobei einige Unternehmen im Gießereisektor Eisen und Eisen kontaktiert werden Nichteisenmetalle, die Methan für Schmelzöfen verwenden, die ihr Interesse und ihre allgemeine Verfügbarkeit bekundet haben, sich einem gemeinsamen Projekt zur Erforschung der technischen Aspekte der Verwendung von Wasserstoff anzuschließen.

Die Überprüfung der tatsächlichen Möglichkeiten des Zugangs zu Finanzmitteln nach der Veröffentlichung der öffentlichen Bekanntmachung am 15. März 2023 (für die Präsentation von Projektvorschlägen gemäß Artikel 10 des Dekrets vom 21. Oktober 2022, Nr. 463, im Rahmen der Investition 3.2 „ „Nutzung von Wasserstoff in schwer zu reduzierenden Sektoren“, Mission 2, Komponente 2, des PNRR, Koordinierung der Unternehmen, die Interesse bekundet hatten), bestätigte die Schwierigkeit des Beitritts, hauptsächlich im Zusammenhang mit der „Mindestgröße“ der Höhe der beantragten Investition (Mindestinvestitionsbetrag für Forschungsprojekte zur Nutzung von Wasserstoff in industriellen Prozessen: 500.000 Euro) und andererseits durch die in der Ausschreibung vorgesehene Förderquote, die zwischen 25 und 50 % schwankt förderfähigen Betrag, was dazu führte, dass Assofond auf das Projekt verzichtete.

Aluminium- und Wasserstoffgießereien: Gibt es eine Möglichkeit?

Die Wasserstoffoption bleibt jedoch auch als Energieträger zum Ersatz von Methan bestehen, vor allem im Zusammenhang mit einer möglichen technologischen Weiterentwicklung und für Projekte, an denen wichtige Industrieakteure beteiligt sind, die in Forschung und Entwicklung investiert haben. Man geht wahrscheinlich davon aus, dass die vorgeschlagene technologische Weiterentwicklung zu einer Reduzierung der Produktionskosten führen könnte und dass Wasserstoff über spezielle Netzwerke verteilt werden könnte, was zu einer Reduzierung der Gesamtkosten führen würde, die potenzielle industrielle Nutzer heute tragen müssten.

Quelle: In Fonderia – ll magazine dell’industria fusoria italiana