Entwicklung eines neuartigen Induktionsheizers für CO2-neutrale Industrieprozesse

Kurzfassung

Der technologische Wandel energieintensiver Industrieprozesse hin zu einer CO2-armen Wärmebereitstellung wird durch die stetig steigenden Erdgaspreise beschleunigt. Dabei war Erdgas bislang aufgrund der geringen Betriebskosten und geringeren CO2-Emissionen der favorisierte Energieträger zur Erzeugung von Hochtemperaturwärme fernab 800°C für industrielle Trocken- und Brennprozesse. Solche Prozesse zur Herstellung von Keramik, Ziegeln sowie Fliesen zählen hinsichtlich eines Gesamtenergieverbrauchs von ca. 11,4 TWh zu den Schlüsselprozessen der Keramikindustrie, in welcher zu 88% Erdgas genutzt wird. Power-to-Heat Technologien haben das Potential durch die Bereitstellung von elektrisch erzeugter Hochtemperaturwärme diesen Wärmebedarf kostengünstig und CO2-neutral zu decken. Jedoch sind die verfügbaren Industrielösungen für Strömungserhitzer hinsichtlich ihrer Prozesstemperatur auf maximal 700°C begrenzt. Eine neuartige PtH Lösung für industrielle Hochtemperaturprozesse ist der Induktionslufterhitzer basierend auf einer durchströmbaren Schüttung. Dieses PtH Konzept liefert aufgrund der hohen Leistungsdichte und des Einsatzes von Hochtemperaturwerkstoffen die technologische Lösungsgrundlage zur Erzielung von Prozesstemperaturen fernab 900°C und hat deshalb das Potential, die kostenintensive Erdgasverbrennung energie- und kosteneffizient zu ersetzen. Wesentliche technologische Herausforderungen sind neben der Auswahl von geeigneten Hochtemperaturwerkstoffen die Entwicklung von Entwurfswerkzeugen zur anforderungsgerechten Dimensionierung hinsichtlich zentraler Zielgrößen wie Leistungsdichte und Prozesstemperatur. Fokus des Beitrags sind zunächst Ergebnisse einer Entwurfsstudie zu Auslegung für einen 50 kW / 900°C Zielmaßstab. Weiterhin werden Ergebnisse aus dem Versuchsbetrieb präsentiert, welche eine Entwurfsüberprüfung unter den geforderten Betriebsbedingungen ermöglichen.