Lösungen für die Zukunft

Unsere Lösungen für die Zukunft, wie wir aktiv Technologien entwickeln, die die langfristige Energietransformation unterstützen. Die hier vorgestellten Projekte konzentrieren sich auf praxisnahe Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich der grünen Wasserstofferzeugung und der Chlor-Alkali-Elektrolyse. Dazu gehören der Aufbau neuer Produktionsanlagen für Komponenten der Hochtemperaturelektrolyse, Pilotanlagen für unterschiedliche Elektrolysetechnologien sowie gemeinsame Forschungsprojekte mit dem Ziel, Effizienz, Skalierbarkeit und industrielle Anwendbarkeit weiter zu verbessern. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der Erprobung und Validierung dieser Technologien unter realen Betriebsbedingungen, um sicherzustellen, dass Innovationen zuverlässig aus der Entwicklung in die industrielle Anwendung überführt werden können.

SOEC-Testanlage

Die Ausgangslage

Als führender Anbieter hocheffizienter Elektrolyse-Technologien mit über 60 Jahren Erfahrung in der Elektrolyse gehören wir zu den wenigen Anbietern weltweit, die grünen Wasserstoff im Gigawatt-Maßstab produzieren können. Wir entwickeln ständig neue und innovative Lösungen – daher betrachten wir SOEC als eine weitere vielversprechende Elektrolysetechnologie, in die es sich zu investieren lohnt.

Das Fraunhofer IKTS ist Spezialist auf dem Gebiet keramischer Technologiesysteme und seit über 25 Jahren im Bereich SOEC tätig. Es verfügt über umfassendes Know-how über die gesamte Wertschöpfungskette – vom Werkstoff über das System bis hin zu Machbarkeitsstudien. Um die weitere industrielle Anwendung zu beschleunigen, haben thyssenkrupp nucera und das Fraunhofer IKTS eine strategische F&E-Partnerschaft geschlossen. Das Ziel: SOEC-Technologie für den industriellen Maßstab zu entwickeln.

women watches SOEC stack assembling robot

Woran wir arbeiten

Die Produktion von grünem Wasserstoff mithilfe von SOEC-Technologie ist derzeit auf den Laborstatus und kleinere Anlagen beschränkt. Wir befinden uns demnach in einem frühen Stadium der Industrialisierung der Hochtemperatur-Elektrolyse. Daher wird eine vom Fraunhofer IKTS geplante und von thyssenkrupp nucera HTE betriebene Pilotproduktionsanlage im ersten Quartal 2025 den Betrieb aufnehmen und Hochtemperatur-Elektrolyse-Stacks bestehend aus SOE-Zellen – den Kernkomponenten von SOEC-Stacks – zunächst in begrenzten Mengen produzieren. Die strategische Partnerschaft umfasst auch eine Lizenz zur Produktion und Nutzung dieser SOE-Stacks durch thyssenkrupp nucera. In der Pilotproduktionsanlage bündeln wir entsprechend unsere Kräfte, um das Scale-up der Produktion und damit die Industrialisierung der SOEC-Technologie weiter voranzutreiben.

Was wir erreichen wollen

Eine weitere Testanlage wird sich auf die Validierung der Effizienz der Technologie unter Nutzung von Abwärme konzentrieren. Die Durchführung praktischer Tests und wirtschaftlicher Machbarkeitsstudien sollen die SOEC-Technologie für großtechnische Anwendungen optimieren und sicherstellen, dass sie die hohen Betriebsstandards erfüllt, die für die Industrie erforderlich sind. Unsere strategische Partnerschaft ermöglicht es uns, Lösungen zu entwickeln, die sich nahtlos in bestehende industrielle Prozesse integrieren lassen. Sollten sich die ersten Arbeiten an industriellen Anwendungen als erfolgreich erweisen und die Finanzierung gesichert sein, werden wir in die Entwicklung einer groß angelegten Produktionsinfrastruktur investieren. SOEC wird unseren Kunden als hervorragende Ergänzung unseres Technologieportfolios erhebliche Vorteile bieten.

Carbon2Chem

Die Ausgangslage

Wie lassen sich aus den Gasen der Stahlerzeugung wertvolle Vorprodukte für Kraftstoffe, Kunststoffe oder Düngemittel gewinnen? Wie können wir 20 Millionen Tonnen der jährlichen CO2-Emissionen der deutschen Stahlindustrie wirtschaftlich nutzbar machen?

Die Prozessgase aus dem vollintegrierten Stahlwerk enthalten neben CO2 auch Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Methan (CH4) und große Mengen Stickstoff (N2) und damit die gleichen Bestandteile wie die Synthesegase der chemischen Industrie, die leider meist aus fossilen Ressourcen wie Erdgas und Erdöl gewonnen werden. Auch wenn die Abgase von Stahlwerken und insbesondere Koksofengas viel Wasserstoff enthalten, wird für die Synthese werthaltiger Grundstoffe zusätzlicher Wasserstoff benötigt.

two employees at Carbon2Chem

Woran wir arbeiten

Unsere Pilotanlage in Duisburg ist wahrscheinlich weltweit die einzige ihrer Art, in der die einzelnen Verfahren praktisch kombiniert und unter industriellen Bedingungen im Praxisbetrieb mit echten Hüttengasen getestet werden. Carbon2Chem® nutzt nun erstmals diese Gase aus dem Stahlwerksprozess als Rohstoff für die chemische Produktion.

Damit bei der Herstellung des zusätzlich benötigten Wasserstoffs keine neue CO2-Quelle entsteht, muss er zudem „grün“ sein, d.h. mittels Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen und ohne CO2-Fußabdruck hergestellt werden.*

Zu diesem Zweck wurde in der Pilotanlage frühzeitig eine alkalische Wasserelektrolyse (AWE) von thyssenkrupp nucera mit einer Leistung von 2 MW aufgebaut. Diese kann sowohl bei permanenter Volllast als auch mit schnell wechselnden Lastprofilen auf Basis des Strommarktes für hochwertige Primärregelleistung betrieben werden und simuliert so die volatile Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien, zum Beispiel aus Wind- oder Sonnenenergie.

Was wir erreichen wollen

Das Partnerkonsortium aus Industrie und Wissenschaft arbeitet gemeinsam an Verfahren zur Gasreinigung und zur Herstellung von Ammoniak sowie Methanol und höheren Alkoholen. In der zweiten Förderphase sollen die technischen Verfahren nun weiter validiert, auf andere Branchen ausgeweitet und für die Industrialisierung ab 2025 skaliert werden.

Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die thyssenkrupp nucera AWE-Technologie sowohl bei permanenter Volllast als auch bei der Nachführung des erneuerbaren Energieprofils eine sehr gute Performance aufweist. Diese Erkenntnis ist auch für die Energiewende systemrelevant und damit über das eigentliche Projekt hinaus von großer Bedeutung: Die nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse mit erneuerbaren Energien ist möglich. Wasserstoff kann produziert und gespeichert werden, wenn ausreichend erneuerbare Energien zur Verfügung stehen. In Zeiten der Energieknappheit können Speicher genutzt werden, so dass die Wasserelektrolyse von thyssenkrupp nucera eine ideale Vorstufe zu klassischen chemischen Prozessen im industriellen Maßstab darstellt.

*Im Rahmen des Carbon2Chem-Projekts wird kein Ökostrom eingekauft.

H2Giga

Die Ausgangslage

Wie hoch wird der Bedarf an grünem Wasserstoff in Deutschland in Zukunft sein? Er wird sich auf mehrere Millionen Tonnen belaufen. Deshalb beteiligen wir uns an dem Wasserstoff-Leitprojekt H2Giga. Die Wasserstoff-Leitprojekte sind die bisher größte Forschungsinitiative zum Thema Energiewende und werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

thyssenkrupp nucera employees at electrolyzer

Woran wir arbeiten

Das H2Giga-Projekt „INSTALL AWE“ konzentriert sich auf die Industrialisierung der alkalischen Wasserelektrolyse (AWE), die heute die am weitesten entwickelte marktreife Technologie ist und vor allem für großindustrielle Anwendungen eingesetzt wird.

Das 20 MW Standardmodul von thyssenkrupp nucera ist auch unter wirtschaftlichen Aspekten und im Hinblick auf den Klimaschutz vorteilhaft. Es schont die Ressourcen und reduziert die Betriebskosten. Wesentlich für diesen Ramp-up zur Serienproduktion ist die Kernbeziehung zum Joint-Venture-Partner Industrie De Nora, einem weltweit renommierten Spezialisten für Elektrochemie und hochwertigen Zulieferer für Zellfertigung und Beschichtungen.

Im H2Giga-Innovationspool mit Institutionen, Universitäten und kleinen spezialisierten Unternehmen, die wissenschaftliche und technische Kompetenzen zum Thema Serienproduktion anbieten, werden Untersuchungen zu weitergehenden Forschungs- und Entwicklungsthemen durchgeführt, die auch unsere eigene Entwicklung weiter vorantreiben sollen. Die Forschung und Entwicklung der Großserienproduktion unserer AWE wird mit knapp 8,5 Millionen Euro gefördert.

Was wir erreichen wollen

Wir treiben die Industrialisierung der AWE durch automatisierte Serienfertigung voran. Ziel ist es zum einen, Skalierungseffekte zu nutzen und dadurch die Herstellungskosten senken zu können. Zum anderen ermöglicht eine Erweiterung der bestehenden Lieferkette von 1 GW auf 5 GW Elektrolysezellen die Realisierung größerer Projektvolumina, sodass mehrere Gigawatt-Projekte pro Jahr gleichzeitig realisiert werden können.

Testanlage Gersthofen

Die Ausgangslage

Wie können wir eine kontinuierliche Verbesserung unserer Bipolarmembran-Chlor-Alkali-Technologie (BM) sowie unserer Salzsäuretechnologien sicherstellen? Durch das Ausprobieren, Testen und Optimieren eben jener. Auf diese Weise sichern wir den Regelkreis zwischen Lieferanten und Endkunden und können auch spezifische Kundenprobleme nachbilden, um maßgeschneiderte Lösungen zu finden.

Woran wir arbeiten

thyssenkrupp nucera betreibt am CABB-Standort in Gersthofen je zwei Versuchsanlagen für NaCl- und HCl-ODC-Elektrolyse im Produktionsmaßstab. Zusätzlich werden zwei kleinere Versuchsanlagen, jeweils für die NaCl-ODC-Elektrolyse und die NaCl-Elektrolyse im Vollmaßstab betrieben. Mit diesen Anlagen sind wir in der Lage, Optimierungspotenziale für unsere Elektrolysetechnologien zu erschließen, z.B. im Hinblick auf den spezifischen elektrischen Stromverbrauch. Neben der Qualifizierung von Membranen, Beschichtungen und alternativen Materialien werden auch Konstruktionen und unterschiedliche Betriebsbedingungen untersucht. Alle in Gersthofen getesteten Anwendungsfälle lassen sich ohne Einschränkung auf den industriellen Maßstab und damit direkt auf die Anlagen unserer Kunden übertragen.

Was wir erreichen wollen

Unser Ziel ist es, unsere Technologien im Hinblick auf eine möglichst hohe Verfügbarkeit, lange Lebensdauer und einen langfristig niedrigen spezifischen Stromverbrauch zu optimieren. Wir sind bereits heute einer der weltweit führenden Anbieter von Chlor-Technologien. Doch nur durch die Nähe zu unseren Kunden und die Gewährleistung einer kontinuierlichen Verbesserung unserer Technologien können wir unsere Vision verwirklichen, die Nummer eins in der Chlor-Technologie zu bleiben.