Bewertung und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Kohlendioxidemissionen integrierter Hüttenwerke

Abstract

Die Eisen- und Stahlindustrie zählt weltweit zu den größten Energieverbrauchern und Kohlendioxidemittenten. Die vorgelegte Arbeit liefert einen Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Kohlendioxidemissionen in produzierenden Anlagen integrierter Hüttenwerke. Es werden drei Themenschwerpunkte für eine eingehendere Betrachtung gelegt. Der erste ist die Erstellung eines Energiemonitorings für die Veredelungsanlagen eines integrierten Hüttenwerks. Das Energiemonitoring dient zur fortlaufenden Kontrolle der Energieeffizienz auf Basis von vordefinierten Kennzahlen. Ähnliche Indikatoren wurden bereits in anderen Studien zur Beurteilung der Energieeffizienz ganzer industrieller Sektoren verwendet. Die Kennzahlen werden in weiterer Folge zur Analyse einer Einzelanlage eingesetzt. Das Energiemonitoring ist ein indirekter Ansatz über Bewertung und Kontrolle die Energieeffizinez der Anlagen zu steigern. Der zweite ausgearbeitete Schwerpunkt befasst sich mit der Entwicklung von Modellen für die Prozesssimulation. Es wurde eine Modellbibliothek entwickelt, die zur Abbildung von Wiedererwärmungsaggregaten integrierter Hüttenwerke dient. Bei den Wiedererwärmungsprozessen handelt sich um instationäre Vorgänge, was bei der Modellbildung Berücksichtigung finden muss. Es erfolgte die Spezialisierung auf die Typen Stoß- und Hubbalkenofen. Am Beispiel eines ausgeführten Hubbalkenofens, der Brammen auf Walzwerkstemperaturen erwärmt, sind die Modelle erfolgreich validiert worden. Die Temperaturstrahlung, welche das Hauptphänomen der Energieübertragung in den Öfen darstellt, wurde mittels einer Netto-Strahlungs-Mehtode abgebildet. Mit den Modellkomponenten können 1-dimensionale Ofenmodelle erstellt werden. Die Prozessmodelle können dabei durch Kombination mit prädikitiver Regelung oder durch die Bewertung von Betriebszuständen oder von konstruktiven Änderungen der Aggregate direkt zur Steigerung der Energieeffizienz beitragen. Der dritte Schwerpunkt betrachtet die Möglichkeiten zu großflächigen CO2-Einsparungen im integrierten Hüttenwerk. Durch die thermodynamischen Grenzen des Hochofens kann nur der Einsatz von CO2-armen Produktionstechnologien zu einer wesentlichen Emissionsreduktion im von der EU geforderten Bereich führen. Es werden verschiedene Wege der CO2-Emissionen für die österreichische Eisen- und Stahlindustrie bis in das Jahr 2050 skizziert. Die diskutierten Konzepte beruhen dabei auf den ULCOS-Technologien, die im Rahmen eines europäischen Forschungsprojekts entwickelt werden. Eine massive Einsparung von CO2 ist bei weiterem Einsatz von Kohle als Reduktionsmittel nur durch Speicherungs- und Abscheidungstechnologien möglich. Durch den Einsatz von Biomasse und elektrischen Strom kann zwar auf Kohle verzichtet werden, allerdings ergeben sich für Österreich hohe Anforderungen an die forstwirtschaftliche Biomasse und die Produktion der Elektrizitätswirtschaft. Die zur CO2-Reduktion eingesetzten Technologien führen nicht zwangsläufig zu einer Verbesserung der Energieeffizienz sondern meist zu einem höheren Energiebedarf. Die Umsetzung der neuen CO2-armen Technologien ist zusätzlich mit beträchtlichen Investitionskosten verbunden.