Je höher der Recyclinganteil des Aluminiums wird, desto mehr fällt beim CO₂-Fußabdruck der Schmelzprozess ins Gewicht. Der aktuelle Stand der Technik ist gerade bei großen Anlagen eine Beheizung mittels Gas durch Regenerativbrenner. Auch wenn dieser Brennertyp höchste Effizienzen verspricht, sind je nach Betrieb Verbräuche von 550 – 600 kWh/t nicht unüblich. Bei der Verbrennung von Erdgas werden 0,2 kg CO₂ pro kWh frei. Das bedeutet, dass beim Schmelzen von einer Tonne Aluminium 120 kg CO₂ freigesetzt werden. Nicht berücksichtigt sind hierbei Vorkettenemissionen, die in der Lieferkette des Erdgases entstehen und noch einmal zusätzlich über 30% der Emissionen des Verbrennens ausmachen können.

CO₂-FREIE ALTERNATIVEN

CO₂-freie Alternativen zur Beheizung von Industrieprozessen sind vielfältig und bekannt. So können beispielsweise viele Prozesse durch elektrische Widerstandsbeheizung CO₂-neutral dargestellt werden. Zum Schmelzen von Aluminium in einem großen Maßstab reicht hier allerdings nicht die Leistungsdichte. Auch bei einem Schmelzprozess durch Induktion gibt es für Aluminium einige Probleme.

Während Induktionsöfen bis 5T Kapazität durchaus eine Alternative sein können, werden die Schwächen in Bezug auf Wartung und Prozessflexibilität mit zunehmender Skalierung deutlicher. Eine Gießerei, die beispielsweise einen 100T Round-Top-Schmelzofen ersetzen möchte, müsste ihren gesamten Downstream- Prozess auf die neuen Ofenkonzepte anpassen.

Eine Technologie, die in Bestandsanlagen eingesetzt werden könnte, ist die Verbrennung von Wasserstoff. Allerdings sind auch hier viele Punkte einem großflächigen Einsatz hinderlich. Zum einen ist es unklar, ob und wann eine ausreichende und günstige Wasserstoff- Infrastruktur irgendwann vorhanden sein wird, zum anderen ist noch nicht geklärt, ob Wasserstoff negative Folgen auf die Metallurgie haben wird. Wasserstoffinklusionen und die Bildung von Aluminiumoxid sind hier kritische Themen.

PLASMABRENNER ALS MÖGLICHE UMWELTFREUNDLICHE LÖSUNG

Eine Technologie, die den Anforderungen entsprechen könnte und gleichzeitig umweltfreundlich ist, sind sogenannte Plasmabrenner. Konventionelle Plasmabrenner erzeugen durch eine hohe Spannung zwischen einer Kathode und einer Anode einen Lichtbogen, welcher Gas erhitzt, und Plasma erzeugt. Diese Technologie hat den Nachteil, dass die Lebensdauer von Kathode und Anode durch die extrem hohen Temperaturen sehr begrenzt ist.

TPS stellt sich der hochspannenden Herausforderung, einen Plasmabrenner in die Industriereife zu bringen, welcher das Plasma durch Induktion erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass das Plasma selbst nicht mit kritischen Bauteilen in Berührung kommt. Das Plasma selbst erhitzt das Aluminium und schmilzt es.

Mit solch einer Technologie ist es möglich Aluminium CO₂ neutral zu schmelzen. Ein Hauptdesignkriterium ist, dass es mit der Technologie möglich sein soll, aktuell gasbeheizte Bestandsanlagen umzubauen. Der Brenner soll das aktuelle Brennersystem ersetzen können. Ein weiterer Vorteil wäre, dass die Technologie in einer flexiblen Ofenatmosphäre verwendet werden kann. Durch das Wegfallen von Sauerstoff im Ofen kann zudem die Krätzeproduktion reduziert werden.

Gemeinsam mit namhaften Projektpartnern entwickelt TPS diese Technologie.

Dazu sollen Ende 2023 erste aussagekräftige Ergebnisse zum Einfluss auf die Metallurgie im Vergleich mit Erdgas und Wasserstoff in einem Laborofen mit bis zu 200 kg Kapazität entstehen. Der erste Einsatz zu Industriebedingungen ist für 2025 geplant.