Wasserstoff-Brenner
Technologie-Check
Definition und Wirk-/Funktionsprinzip
Ein Wasserstoffbrenner ist ein thermischer Brenner, der Wasserstoff (H2) als Energieträger nutzt. Wasserstoff wird mit Luft oder reinem Sauerstoff gemischt und in einer Brennkammer verbrannt. Die zentrale Reaktion lautet 2 H2 + O2 → 2 H2O, sodass als Hauptabgas Wasserdampf entsteht. Aufgrund der hohen Flammgeschwindigkeit und Flammentemperatur von Wasserstoff sind spezielle Brennergeometrien und Sicherheitseinrichtungen (z. B. gegen Rückzündung) notwendig.
Die Technologie wird vor allem zur Bereitstellung von Hochtemperatur-Prozesswärme in Industrieöfen, Brennöfen, Trocknungs- und Beheizungsprozessen eingesetzt und kann fossile Brennstoffe wie Erdgas ersetzen. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Brenner eingesetzt – diese lassen sich in verschiedene Klassifizierungsmerkmale wie Brennstoffart, Flammenform, Wärmeübertragung und Mischungsart einteilen. Noch gibt es keinen flächendeckenden Wasserstoff-Einsatz in der Industrie, jedoch gibt es erste Pilotanlagen und Projekte. Perspektivisch wichtige Branchen für H2-Brenner sind die Zement-, Glas-, Papier- und Keramikindustrie. Dort gibt es heute erste Emissionsminderungen durch die Erhöhung des Wasserstoffanteils im Gasgemisch.
SWOT-Analyse
Stärken
- Substitution fossiler Brennstoffe durch Verwendung von grünem Wasserstoff
- Lokale CO2-freie Emissionen bei Nutzung von grünem Wasserstoff (Abgas primär Wasserdampf)
- Wasserstoff kann lokal erzeugt, gespeichert und eingesetzt werden, was zu mehr Versorgungsunabhängigkeit von Unternehmen führen kann
- Umrüstung von modernen Dampf- und Heizkesseln auf Wasserstoff einfach und schnell möglich
- Absicherung vor perspektivisch steigenden CO2-Preisen
- Beitrag zur Erreichung von Klima- und Nachhaltigkeitszielen von Industrieunternehmen
Schwächen
- Entstehung von Stickoxiden bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Luft
- Bisher keine ausreichende Infrastruktur für die Wasserstoffversorgung, insbesondere für große Abnehmer
- Besondere Komponenten und Sicherheitsvorkehrungen für den Umgang mit Wasserstoff erforderlich
- Rückzündungsgefahr durch hohe Flammgeschwindigkeit → komplexe Brennerkonstruktion erforderlich
- Bisher nur vereinzelte Anwendung – meist wird Wasserstoff nur in geringen Mengen Erdgas beigemischt
- Aktuell hohe Kosten für Wasserstoff und Unsicherheiten bezüglich Preisentwicklung und Verfügbarkeit
Chancen
- Mit zunehmender Skalierung können die technischen Fortschritte der Wasserstofftechnologien die Wirtschaftlichkeit verbessern
- Ausbau der Wasserstoffproduktion kann perspektivisch zu einer besseren Verfügbarkeit und günstigeren Preisen führen
- Unabhängigkeit von Gasimporten möglich: Insbesondere durch die Möglichkeit von Erzeugung und Speicherung vor Ort kann Engpässen und Preisschwankungen entgegengewirkt werden
- Integration in Power-to-X-Konzepte und Nutzung von überschüssigem, erneuerbarem Strom zur H2-Erzeugung
- Entwicklung spezialisierter hydrogen-ready-Brenner und Komplettlösungen als neues Geschäftsfeld für Anlagenbauer
- Möglichkeit, bestehende Anlagen Schritt für Schritt von fossilen Brennstoffen auf Wasserstoff umzustellen
Risiken
- Höhere Sicherheitsanforderungen könnten sich negativ auf die Akzeptanz auswirken
- Akzeptanz des neuen Brennstoffs bei Unternehmen und Gesellschaft
- Entwicklung des Wasserstoffpreises und der Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur noch mit Ungewissheit verbunden
- Speicherung vor Ort erfordert entsprechende Kapazitäten des Gefahrstoffes; zudem hohe Investitionen in Erzeugung und Speicherung
- Konkurrenz durch direkte Elektrifizierung (elektrische Öfen, Induktion, Hochtemperatur-Wärmepumpen)
- Potenziell strengere NOₓ-Grenzwerte können zusätzliche Investitionen in Abgasreinigung erforderlich machen
- Verzögerter Ausbau der Wasserstoff-Infrastruktur kann die Einführung in der Breite behindern
Erfolgsbeispiel
Thyssenkrupp Duisburg: Umstellung in der Stahlherstellung von Kohlebetrieb auf grünen Wasserstoff. Reduktion des CO2-Wertes um bis zu 95 Prozent
Zum Erfolgsbeispiel
Technologieanbieter
Möglicher Technologieanbieter aus Baden-Württemberg: WS Wärmeprozesstechnik GmbH
