Auf der Iron Range in Minnesota erforschen Hersteller Wasserstoffkraftstoff, um Emissionen zu reduzieren

Neuauflage von Plato

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Die folgende Geschichte wurde von Energy News Network in Zusammenarbeit mit KAXE/KBXE, einem unabhängigen, gemeinnützigen Community-Radiosender im Norden von Minnesota, produziert.

Der Leiter einer regionalen Wasserstoffpartnerschaft prüft die Nutzung der neuen Kraftstoffquelle, um Minnesotas Iron Range zu einem führenden Unternehmen in der Produktion von grünem Stahl zu machen.

„Ja, es hat sicherlich großes Potenzial“, sagte Tom Erickson, Präsident und Chief Operating Officer des Heartland Hydrogen Hub. eines von sieben regionalen Projekten wurde kürzlich vom US-Energieministerium finanziert, um die Produktion von Wasserstoffkraftstoff anzukurbeln. „Die erste offensichtliche Verwendung von Wasserstoff in der Taconit-(Bergbau-)Industrie ist einfach die Stromerzeugung.“

Die US-Regierung investiert Milliarden in die Entwicklung regionaler Wasserstoffproduktionszentren, um die erforderliche Infrastruktur voranzutreiben, um das Angebot zu erhöhen und die Kosten so weit zu senken, dass es kommerziell rentabel wird.

Wasserstoff gibt bei der Verbrennung nur Wasserdampf und warme Luft ab, wird aber typischerweise aus Erdgas in einem Prozess hergestellt, der hohe Treibhausgasemissionen verursacht. Der Heartland Hydrogen Hub wird erneuerbare Energien und Kernenergie nutzen, um die Klimaauswirkungen und den Preis zu reduzieren.

Der Schwerpunkt wird zunächst auf der Bereitstellung von Wasserstoff für Ammoniakdünger liegen, aber Erickson sagte, dass die gleiche Produktion auch kohlenstoffintensivere Brennstoffe ersetzen könnte, die zum Heizen und Betreiben von Taconit-Bergbaubetrieben in der Iron Range verwendet werden.

„Diese Industrie verbraucht viel Erdgas für Wärme- und Wärmesysteme zur Herstellung der Pellets“, sagte Erickson. „Man müsste (die Systeme) ganz anders konzipieren, aber man könnte durchaus etwas Wasserstoffenergie hinzufügen und die Emissionen unter diesem Gesichtspunkt verringern.“

Moleküle manipulieren

Wasserstoff, das am häufigsten vorkommende Element im Universum, war in der Vergangenheit schwierig in Energie umzuwandeln. Die Hindenburg-Katastrophe von 1937 ist ein berüchtigtes Beispiel, das die explosiven Eigenschaften von Wasserstoff demonstriert.

„Man kann es nicht abbauen. Man kann kein Rohr in den Boden stecken und dann Wasserstoff nach oben bringen. Man muss es aus etwas anderem herstellen. Es ist das kleinste Molekül, das am schwersten einzufangen ist“, erklärte Erickson. „Sobald man es produziert hat, ist es am schwierigsten, es wieder in den Griff zu bekommen. Deshalb müssen wir einige Dinge hinter uns lassen und neue innovative Ideen entwickeln, um die Kosten wirklich zu senken.“

Der meiste kommerzielle Wasserstoff wird heute durch die Trennung der Wasserstoffatome von Methan unter hoher Hitze und hohem Druck hergestellt, wobei viele Industrieanlagen Erdgas als Methanquelle verwenden. Bei dieser Methode entstehen Wasserstoff, Kohlenmonoxid und relativ wenig Kohlendioxid.

Es stellt sich heraus, dass Minnesota bei der Herstellung von grünem Eisen und Stahl im Vergleich zu anderen Bundesstaaten des Landes äußerst wettbewerbsfähig ist.

Durch Elektrolyse wird Wasserstoff mithilfe von elektrischem Strom aus Wasser abgespalten. Bei dieser Methode entstehen außer Sauerstoff und Wasserstoff keine Nebenprodukte oder Emissionen. Dies ist der Hauptschwerpunkt der Investitionen des Energieministeriums in die Wasserstoffenergie.

Es wird erwartet, dass die Projekte des Heartland Hydrogen Hub die Kohlenstoffemissionen um etwa 1 Million Tonnen pro Jahr reduzieren werden, was dem Äquivalent von 220,000 benzinbetriebenen Autos entspricht.

Erickson – der auch Direktor für explorative Forschung an der University of North Dakota ist – sagte, die Infrastruktur für die Nutzung von Wasserstoff in größerem Maßstab liege in der Zukunft.

„Schifffahrten – seien es Züge oder Schiffe, die große Mengen Öl transportieren – sie sind noch größere Ziele“, sagte er. „Vielleicht sogar etwas einfachere Ziele für die Anwendung des Wasserstoffkraftstoffs.“

Erickson, dessen Großvater und zahlreiche andere Verwandte in den Taconit-Minen in der Iron Range arbeiteten, sagte, dass in Keewatin Technologien zur Herstellung hochwertigerer Taconit-Pellets untersucht wurden, wo U.S. Steel 150 Millionen US-Dollar in eine neue Taconit-Anlage mit höherer Qualität investieren will.

„Die Leute auf dem Gelände haben sich (hochwertigere Taconitpellets) angeschaut, die aus Erdgas, aus Kohlegasen und natürlich aus Wasserstoff hergestellt wurden“, sagte Erickson.

Der Heartland Hydrogen Hub befindet sich derzeit in der Konzeptentwicklungsphase und Erickson sagte, er sei begeistert von der fortschreitenden Energietechnologie der Zukunft.

„Was mich am meisten begeistert, ist der Beginn einer Produktion von Wasserstoff in größerem Maßstab“, sagte er. „Sobald wir mit der Produktion beginnen, können wir beginnen, andere Wege zu finden, die Dinge zu nutzen, die der Gesellschaft zugute kommen, verschiedene Möglichkeiten, wie wir das Molekül manipulieren können ….“ saubere, zuverlässige und nachhaltige Energie bereitzustellen.“

Die Hitze spüren

Stahl wird mit viel Wärme hergestellt, und für 57 Prozent der weltweiten Stahlproduktionskapazität werden immer noch kohlebetriebene Hochöfen verwendet. Das ist ein Rückgang gegenüber dem Vorjahr, als 67 Prozent der weltweiten Stahlkapazität in Hochöfen hergestellt wurden – Dies markiert weltweit einen Wandel hin zur Elektrolichtbogenofentechnologie.

Die Iron Range liefert drei Viertel des Eisenerzes des Landes, aus dem Stahl hergestellt wird. Stahlhersteller wie U.S. Steel und Cleveland-Cliffs, denen die Bergbaubetriebe in der Iron Range gehören, sehen sich einem wachsenden Druck von Regierungen, Investoren und Kunden ausgesetzt, ihre Klimaemissionen zu reduzieren. Es geht nicht nur um das Potenzial zukünftiger Umweltvorschriften. Immer mehr Unternehmen sind bereit, einen Aufpreis für Stahl zu zahlen, der einen geringeren CO2-Fußabdruck hat.

Es wird erwartet, dass die Reduzierung der Emissionen aus dem Bergbau und anderen Schwerindustrien eine größere Herausforderung darstellt als die Sanierung von Autos oder Kraftwerken. Dies liegt an der Notwendigkeit, riesige Öfen und andere Geräte mit Strom zu versorgen, für die elektrische Alternativen nicht allgemein verfügbar sind.

Diese Faktoren veranlassen viele Hersteller, das Potenzial von Wasserstoff als Kraftstoff zu erkunden. Cleveland-Cliffs, Eigentümer und Betreiber von Hibbing Taconite, hat dies getan hat sich bereits dazu verpflichtet, ein Wasserstoffkraftwerksprojekt in seinem Werk in Toledo zu finanzieren. Ohne Umbauten an der Anlage könnten nach Angaben des Unternehmens bis zu 30 Prozent des Erdgasverbrauchs durch Wasserstoff ersetzt werden. Und mit der Modernisierung der Ausrüstung und anderen Investitionen könnte diese Zahl auf 70 Prozent steigen, was 1 Million Tonnen Treibhausgase pro Jahr ausmachen würde.

Cleveland-Cliffs ist auch Teil eines staatlich finanzierten Wasserstoffzentrums mit Sitz im Norden von Indiana. Im Oktober wurde das Unternehmen vom US-Energieministerium anerkannt für die Reduzierung seiner Treibhausgasemissionen um mehr als ein Drittel.

Das Unternehmen antwortete nicht auf Anfragen nach einem Kommentar dazu, was seine Bemühungen zur Emissionsreduzierung für Nord-Minnesota bedeuten könnten, aber der Forscher Rolf Weberg sagte, die Bergbauindustrie des Staates sei gut positioniert, um Wasserstoff als Brennstoff zu nutzen.

„Es stellt sich heraus, dass Minnesota bei der Herstellung von grünem Eisen und Stahl weitaus wettbewerbsfähiger ist als andere Bundesstaaten des Landes“, sagte Weberg, der geschäftsführende Direktor des Natural Resource Research Institute der University of Minnesota-Duluth. „Wir verfügen im Wesentlichen über alle Ressourcen, einschließlich der Infrastruktur für zukünftige Energie und Zugang zu Wasser. Alles, was Sie für einen wasserstoffbasierten Ansatz zur Herstellung von grünem Eisen und Stahl benötigen.“

Gespräche über die Zukunft der Wasserstoffenergie fangen gerade erst an.

„Die Industrie in Minnesota hat investiert, um sich darauf vorzubereiten“, sagte Weberg. „Es ist eine aufregende Gelegenheit für Minnesota, und das Gespräch hat gerade erst begonnen. Dies ist eine Gelegenheit, in diesem Bereich wirklich eine Vorreiterrolle einzunehmen, und dies auch in Verbindung mit grünem Wasserstoff und grünem Stahl.“