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Auf dem Weg zu einer klimaneutralen Wirtschaft muss die Industrie CO2-Emissionen drastisch senken. Unternehmen mit großskaligen Brennprozessen, wie in der Keramikbranche oder der Metallverarbeitung, stellt das vor enorme Herausforderungen. Forschende am Fraunhofer IKTS in Arnstadt/Thüringen haben einen neuartigen Wasserstoff-Hochtemperaturofen entwickelt, der CO2-freie Brennprozesse bei gleichbleibender Qualität ermöglicht.
Der Hochtemperaturofen am Standort Arnstadt des Fraunhofer IKTS kann mit Erdgas oder Wasserstoff betrieben werden. Dies bietet Unternehmen die Möglichkeit, vergleichende Versuche für ihre konkreten Brenn- bzw. Sinterprozesse zu fahren und diese letztendlich auf klimafreundliche Wasserstofföfen umzustellen.
Zwei verschiedene Energiemöglichkeiten und gleiche Betriebsbedingungen bei Sinterprozessen
Das Hochtemperaturofen-Projekt wurde durch das Land Thüringen im Rahmen der Sonderfinanzierung »Industrielle Wasserstofftechnologien Thüringen (WaTTh)« mit 10,3 Mio. Euro gefördert. Umgesetzt wurde es in Kooperation mit dem Ofenbauer Riedhammer aus Nürnberg. Es existieren zwar bereits wasserstoffbetriebene Brennöfen, die aber keinen Erdgasbetrieb erlauben. Der Ofen in Arnstadt kann mit beiden Brennstoffen betrieben werden. »Das ist bisher weltweit einzigartig«, sagt Dr. Olga Ravkina, Gruppenleiterin Hochtemperaturmembranen und -speicher am IKTS. »Denn damit sind wir in der Lage, Brennprozesse mit Erdgas sowie mit Wasserstoff an verschiedenen keramischen Werkstoffen oder Metallen vergleichend zu untersuchen. Der Einfluss des Brenngaswechsels auf die finale Produktqualität lässt sich auf diese Weise sehr gut beurteilen«. Das Fraunhofer IKTS bietet zudem umfangreiche Analysekapazitäten für eine begleitende chemische und mechanische Charakterisierung des gesinterten Materials an.
Der Brennraum sowie die Temperaturverteilung bleiben beim Brenngaswechsel gleich. Es müssen lediglich die insgesamt fünf Brennerköpfe getauscht werden. Somit sind gute Vergleichsmöglichkeiten gegeben, um herauszufinden, ob ein Brenngaswechsel Veränderungen am Produkt verursacht. Der Sinterofen bietet einen Nutzraum von 500 Litern, eine ideale Größe für Feldversuche, um letztlich die Ergebnisse auf Industrieöfen übertragen zu können. Die maximale Temperatur liegt bei 1700 °C und die installierte Ofenleistung bei 1000 kW. Pro Brennversuch können 150 kg Material gebrannt werden.
Moderne Sensortechnik überwacht Brennprozesse
Dank umfangreicher Sensortechnik und einem digitalen Monitoring sind die kompletten Brennprozesse im Sinterofen sehr genau beobacht- und protokollierbar. Mehrere Thermoelemente erfassen die Temperaturen an unterschiedlichen Stellen im Ofen sowie bei der Nachverbrennung. Aufheizgeschwindigkeit, Aufheizrate, Haltephasen sowie die Atmosphäre gehören zu den Überwachungsgrößen. Das Brennmittel-Luft-Verhältnis lässt sich für oxidierende und reduzierende Bedingungen einstellen. Deshalb können sogar Entbinderprozesse, d. h. das thermische Entfernen von organischen Zusatzstoffen aus der Keramik, vergleichend getestet werden.
Wirtschaftliche und umwelttechnische Vorteile durch grünen Wasserstoff
Da das Unterbrechen einer laufenden Fertigung sehr kostspielig ist, sind produzierende Unternehmen häufig gar nicht in der Lage, Testläufe in den eigenen Fertigungshallen zu fahren, um den Brennprozess auf andere Brennstoffe ohne Qualitätseinbußen umzustellen. »Deshalb entwickelten wir den Sinterofen«, begründet die Gruppenleiterin. »Unser Fokus liegt zunächst auf Herstellern von Keramikprodukten, egal ob Industriekeramik, Sanitärkeramik oder Haushaltskeramik. Doch auch Produzenten von Metallteilen, die mit Hochtemperaturprozessen zu tun haben, wollen wir ansprechen«.
Beim Brennvorgang mit Wasserstoff wird lediglich Wasserdampf als Abgas ausgestoßen. Unternehmen mit umfangreichen Brennprozessen können so die gesetzlichen Vorgaben für reduzierte CO2-Emissionen erfüllen. Herkömmliche Öfen lassen sich mit neuen Brennern relativ kostengünstig auf Wasserstoffbetrieb umrüsten. Und wenn der Wasserstoff über Elektrolyse mittels Strom aus Solar- oder Windenergie gewonnen wird, dann gilt er als umweltfreundlicher grüner Wasserstoff. Damit kommt der gesamte Prozess ohne klimaschädliche Treibhausgase aus, was letztlich auch teure Klima-Zertifikate einspart.
https://www.ikts.fraunhofer.de/de/presse/pressemitteilungen/2025_11_17_p_wassers...
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists
Energy, Environment / ecology, Materials sciences, Mechanical engineering
transregional, national
Transfer of Science or Research
German
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