Forschungsprojekt: Wärmeversorgung mit 30% Wasserstoff

Die Transformation des Energiesektors hin zu einer nachhaltigen und klimaneutralen Wärmeversorgung ist ein zentraler Bestandteil der Energiewende. In diesem Kontext spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle. Dieser Energieträger kann in einigen Fällen eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen in der Wärmeerzeugung bieten und somit maßgeblich zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beitragen.

Die Erfahrungen im Realbetrieb mit Wasserstoff bzw. Erdgas-Wasserstoff-Gemischen als Energieträger für Wärmeerzeugungsanlagen sind in Deutschland aktuell überschaubar. Daher wurde eNeG im Rahmen eines Forschungsprojektes beauftragt, die vorhandenen Kesselanlage so umzurüsten, dass die Anlage mit einem Erdgas-Wasserstoff-Gemisch mit bis zu 30% Wasserstoffanteil betrieben werden kann.

Von Mitte 2020 bis Ende 2022 ersetze das gemischte Gas die herkömmliche Erdgas-Wärmeversorgung. Hierzu wurde vom Kunden außerhalb der Energiezentrale an der Gasübergabestation eine Mischeinrichtung installiert, so dass das fertige Gemisch entsprechend des eingestellten Verhältnisses an den Brennern zur Verfügung stand. In diesem Zeitraum wurde die Anlage mit unterschiedlichen Mischverhältnissen, von 10, 15, 20 und 30% H2, betrieben, um die Auswirkungen auf den Dauerbetrieb optimal beurteilen zu können.

eNeG konnte den Brenner so voreinstellen, das eine Nachjustierung beim Wechsel des Mischverhältnisses nicht notwendig war. Mit der Zunahme des Wasserstoffanteils erhöhen sich Grundsätzlich die NOx-Emissionen. Die liegt vor allem an der Bildung von thermischen NO. Dennoch lagen die NOx-Werte bei 30% Wasserstoffanteil mit maximal 69 mg/kWh (Korrigiert nach EN 676) im Grundlastbetrieb deutlich unter den geforderten 100 mg/Nm³. Unter Volllast wird sogar ein Wert von 40 mg/kWh deutlich unterschritten.

Diese hervorragenden Werte werden ausschließlich mit Hilfe der internen Abgasrezirkulation, also innerhalb des Flammenraums des Kessels, erreicht.

Sollte in der Zukunft die Anlage mit 100% Wasserstoff betrieben werden, ist die auch kein Problem. In diesem Fall muss lediglich eine zusätzliche externe Abgasrezirkulation installiert werden, um weiterhin die NOx-Grenzwerte einhalten zu können.