TP2: Kombinierte Glasschmelze mit Mikrowellen und H₂-Oxyfuelverbrennung

Eckdaten

Übersicht zum Projekt

Ziel des Verbundprojekts MiGWa ist es, neuartige und innovative Technologien zur direkten Vermeidung des Hauptanteils der CO₂-Emissionen bei der Glasherstellung zu erforschen und zu entwickeln.

Das Projekt konzentriert sich dabei auf zwei Schwerpunkte: Einsatz von Mikrowellen im Bereich des Schmelzprozesses zur Einbindung elektrischer Energie und Einsatz von Wasserstoff als Energieträger im Bereich des Schmelzprozesses und der Weiterverarbeitung. Langfristiges Ziel ist der Verzicht auf fossile Brenngase im Glasherstellungsprozess unter Einhaltung der geforderten Glasqualität. Darüber hinaus soll geprüft werden, inwieweit alternative Rohstoffe zu einer Verbesserung der CO₂-Bilanz beitragen können. 

In Zusammenarbeit mit den Partnern Schott AG und Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. werden Wissenschaftler der Professur für Gas- und Wärmetechnische Anlagen in den folgenden drei Jahren die im Folgenden erläuterten Teilbereiche wissenschaftlich untersuchen.

Arbeitsschwerpunkte

Die experimentellen und numerischen Grundlagen auf dem Gebiet der Mikrowellentechnik sollen erweitert und Glas mit Unterstützung von Mikrowellenstrahlung im Technikumsmaßstab aufgeschmolzen werden. Schwerpunktmäßig sollen Fragen der Mikrowellen-Material-Interaktion untersucht werden. Dies betrifft sowohl die Glasschmelze als auch die zugehörigen Feuerfestmaterialien (FF). Darüber hinaus sollen Fragen der Hot-Spotbildung und der effizienten Mikrowellen-Einkopplung untersucht werden. Zusätzlich werden erweiterte Sicherheitskonzepte erarbeitet, die eine Überführung der Laborergebnisse in den Technikumsmaßstab erlauben sollen. 

In einem weiteren Teilbereich sollen geeignete Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner für Technikumsversuche (bis 50 kW) untersucht werden. Wichtige Kriterien sind Schadstoffentwicklung (insbesondere NOx) und die Flammenlänge (mögliche Beschädigungen FF-Material im Prozess). Die Brenner müssen sowohl für ein Erdgas-Wasserstoffgemisch (0 – 35 Vol.-% H₂-Beimischung) als auch für den Betrieb mit 100 % Wasserstoff geeignet sein. Mit Hilfe eines validierten Verbrennungsmodells sollen nach Implementierung in das Simulationsprogramm ANSYS Fluent erste Abschätzungen des Gesamtwärmeübergangs der Brennerflammen an die zu untersuchenden Gläser durchgeführt werden.

Weitere wichtige Fragestellungen betreffen die Bewertung des Einflusses von Wasserstoffbrennern, respektive der Abgase, auf die Korrosion von FF-Material und die Identifizierung geeigneter Sensorik sowie Bewertungskriterien für Abgasmessungen.

Der letzte Schwerpunkt der Entwicklungsarbeiten liegt in Betrieb und Weiterentwicklung von 100% H₂ Kleinbrennern, welche in eine Vielzahl von Produktionslinien implementiert werden könnten. Dies erlaubt eine kurz- bis mittelfristige Dekarbonisierung von Bestandsanlagen. Ziel ist die Bereitstellung von zwei für Wasserstoffbetrieb geeigneten Brennertypen für die Heißformgebung von Glasrohren.