Integrative Anwendung von Innovationen und digitales Kühlleistungsmanagement zur Reduzierung des Wasserbedarfs in der Stahlproduktion
Kurzbeschreibung
Überwiegend wird in der Industrie Wasser zur Kühlung benötigt. In der Stahlindustrie beträgt der Anteil 75%. Durch die Klimaveränderungen muss künftig von einer zumindest temporär eingeschränkten Wasserverfügbarkeit ausgegangen werden. Um dennoch eine hohe Betriebssicherheit für die Stahlproduktion zu erreichen, muss der Frischwasserbedarf möglichst weitgehend von der Produktion entkoppelt und durch Rückgewinnung von Wasser aus Abwasserströmen des Standorts minimiert werden.
Hierfür wird die aus WEISS (https://www.bmbf-wave.de/1441.php) vorhandene Pilotanlage (Kapazität: 1 m³/h) am Standort Eisenhüttenstadt aufgestellt und es werden bisher nicht betrachtete Abwässer entsalzt, um das Potenzial, die Verdunstungsverluste im offenen Kühlkreislauf durch interne Wasserströme zu ersetzen, maximal auszuschöpfen. Zunächst wird der Ablauf der Abwasserreinigung getestet werden. Hierfür werden zusätzlich erforderliche Vorbehandlungsschritte nach sorgfältiger Analyse der Wasserzusammensetzung festgelegt und deren Wirksamkeit im Labor getestet. Die erprobte Vorbehandlung wird anschließend realisiert, in die Pilotanlage integriert und das Abwasser entsalzt.
Ein betriebswirtschaftlich für die Anwendung entscheidender Aspekt ist die sichere und kostengünstige Entsorgung der bei der Entsalzung entstehenden Konzentrate. Daher werden die Salzfraktionen in zwei unterschiedlichen Ansätzen voneinander getrennt.
Ein Optimierungs- und Prognosewerkzeug soll die Entwicklung der Zusammensetzung sowie der Verfügbarkeit des Frischwassers ermitteln, um Engpässe frühzeitig erkennen zu können. Durch ein in den Prozess integriertes, digitales Kühlleistungsmanagement sollen die Potentiale bestehender Kühlkreislaufsysteme optimal ausgeschöpft werden, indem die produktionsbedingte Wärmelast mit der aktuellen wetterbedingten Kühlkapazität verknüpft wird.
Schließlich sind die Konzepte wirtschaftlich und ökologisch zu bewerten, um die ökonomisch günstigsten und ökologisch verträglichsten Lösungen zu selektieren.
Ziele
Zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit sollen Entsalzungsverfahren dafür sorgen, dass die Stahlproduktion von der Wasserverfügbarkeit entkoppelt wird.
Innovative Technologien wie die membranbasierte kapazitative Deionisation (mCDI) und die Entwicklung von Antifouling-beschichteten Membranen für die Umkehrosmose werden mit dem Ziel der Effizienzsteigerung und der Selektivitätsverbesserung eingesetzt.
Eine Minimierung des Wasserbedarfes und die Vorhersage von Wasserengpässen soll durch die Nutzung von Digitalisierungswerkzeugen erreicht werden und so die Produktion mit der Wasserversorgung verbunden werden.
Die bereits in WEISS erzielten Ergebnisse sollen auf andere Standorte übertragen, abgesichert und die Anwendung der Technologie ausgeweitet werden. Auch die Ergebnisse aus HighCon zur zugleich wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Konzentratbehandlung werden einbezogen. Darüber hinaus erfolgen Arbeiten zur Abtrennung monovalenter Salzkomponenten und die Salzfraktionen sollen mittels fraktionierender Fällung gemäß Löslichkeitsprodukt möglichst weitegehend voneinander getrennt werden.
Die Etablierung eines Referenzprojektes mit einer Kapazität von etwa 50 m³/h soll in einer Demonstrationsanwendung die technologische Umsetzbarkeit der in WEISS erzielten Ergebnisse beweisen.
