Plasmabrenner
TPS | Werner Wiggen, Managing Director
Plasmabrenner
CO₂-freie Lösung zur Dekarbonisierung der Industrie.
Das Schmelzen von Aluminium ist nach der Reduktion des Primärmaterials ein entscheidender Hebel zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks in der Aluminiumproduktion. Derzeit ist bei großindustriellen Schmelzöfen der Einsatz regenerativer Erdgasbrennersysteme Stand der Technik. Obwohl diese effizient sind, verursachen sie erhebliche CO₂-Emissionen, die im Widerspruch zu den ambitionierten Klimazielen stehen. Eine wirtschaftliche Dekarbonisierung erfordert nicht den kompletten Austausch bestehender Anlagen, sondern deren gezielte Umrüstung. Genau hier setzt die Plasmabrennertechnologie an, die als die derzeit wirtschaftlichste und zukunftsweisende Entwicklung gilt.
PLASMABRENNER ZUR DEKARBONISIERUNG
Plasmabrenner ermöglichen eine CO₂-freie Prozesswärmeerzeugung und erfüllen die hohen Anforderungen an Temperatur und Prozessstabilität, die für das
Schmelzen von Aluminium notwendig sind. Durch ihre Fähigkeit, in viele bestehende Ofensysteme integriert zu werden, bieten sie einen realistischen und kosteneffizienten Weg zur nachhaltigen Transformation der Industrie. Plasma, oft als der vierte Aggregatzustand bezeichnet, ist ein ionisiertes Gas. Es wird elektrisch leitfähig, was die direkte Umwandlung von elektrischer in thermische Energie mit extrem hoher Leistungsdichte ermöglicht. Dadurch können Temperaturen von mehreren Tausend Grad Celsius erreicht werden, ideal für Hochtemperaturprozesse wie das Schmelzen von Metallen. Der wesentliche Vorteil gegenüber herkömmlichen Verbrennungsprozessen ist die CO₂-freie Wärmeerzeugung.
ENTWICKLUNG UND AKTUELLER STATUS
Das Unternehmen TPS (gegründet 2022) hat sich zum Ziel gesetzt, Plasmabrenner als wirtschaftliches Industrieprodukt zu etablieren. Ihr Fokus liegt auf induktiv gekoppeltem Plasma (ICP), das über einen Induktor in einem Keramikrohr erzeugt wird. Der Hauptvorteil dieser Technologie gegenüber herkömmlichen DC-Plasmen ist die Vermeidung von Elektrodenabbrand, was die Wartungsintervalle erheblich verkürzt. Über die Skalierung und eine Weiterentwicklung der Leistungselektronik möchte TPS Alternativtechnologien sowohl im Preis unterbieten, als auch im Wirkungsgrad übertreffen. Der erste Prototyp, der diese Anforderungen erfüllen soll, wird aktuell in der Versuchsgießerei, dem CRC getestet.
Ein weiterer wichtiger Meilenstein wurde 2025 am Gießereiinstitut der Universität in Freiberg erreicht: Erstmals wurde erfolgreich 100 kg Aluminium ausschließlich mit einem eigens entwickelten Plasmabrennersystem geschmolzen. Nach einer Vorwärmzeit des Ofens von über 20 h werden 100 kg Aluminium in den Ofen gelegt und in ca. 2 Stunden geschmolzen. Die Versuche, die den Prozess eines klassischen Wannenofens nachbildeten, zeigten vielversprechende Ergebnisse. Es wurde eine Reduktion der Krätzebildung und der Wasserstoffinklusionen festgestellt, was auf eine verbesserte Schmelzqualität hindeutet. Diese
Ergebnisse sollen nun in direkten Vergleichen mit Erdgasbrennersystemen validiert werden.
ZUKUNFTSAUSBLICK UND WEITERE ENTWICKLUNGSSCHRITTE
Parallel zu den Tests in Freiberg läuft die Entwicklung im Pilotprojekt in Ranshofen auf Hochtouren. Im Jahr 2025 sollen hier stabil Leistungen von bis zu 750 kW erreicht werden, mit dem Ziel, diese bis 2026 auf 1 MW zu steigern. TPS plant, den 1-MW-Brenner als Basis für ein modulares Heizungssystem zu nutzen. Aufgrund der kompakten Bauweise ist es möglich, mehrere dieser Systeme in bestehende Flansche von Regenerativbrennern zu integrieren, was die Umrüstung der meisten Altanlagen ermöglicht. Der nächste große Schritt ist der Vollzeittest des Prototyps in einem Industrieofen, der für 2026 geplant ist. Neben dem Schmelzen von Aluminium sieht TPS weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Technologie in anderen Hochtemperaturprozessen, wie der Wärmebehandlung von Stahl, der Zement- und Glasherstellung sowie in der chemischen Industrie. Die Technologie ist überall dort einsetzbar, wo hohe Leistung bei hohem Temperaturniveau benötigt wird.
