Einleitung
ln Eloxalbetrieben entstehen an zwei Prozessstellen erhebliche Mengen an Wasserstoff, die bisher völlig ungenutzt in die Umgebungsluft abgegeben werden. Zum einen durch Aluminiumauflösung beim Beizen, zum anderen bei der nachfolgenden Anodisation. Der ungenutzte Wasserstoff soll zukünftig den immensen Bedarf an thermischer Energie für die kontinuierliche Beheizung der Prozessbäder (Sealing) liefern.
Umsetzung und Ergebnisse
Das FuE-Projekt verfolgte zunächst den Ansatz, den bei dem Anodisieren entstehenden Wasserstoff mit Umgebungsluft abzusaugen und gezielt in einem Wasserstoff-Luftgemisch mit weniger als 4,4 Vol.- % H2 (UEG) an einem platinierten Katalysatorgitter zu verbrennen. Die dabei entstehende Wärmeenergie soll unmittelbar über einen Wärmetauscher dem Sealingbad, das bei etwa 96 °C betrieben wird, zugeführt werden.
– Die Anreicherung des Wasserstoffs erfolgt mit einer zuvor erprobten Umhüllung der Kathoden aus Textilgewebe. Neben der lokalen Anreicherung des Wasserstoffs wird durch diese Maßnahme zudem der Anteil von Schwefelsäureaerosalen in der Umgebungsluft verringert. Die Raumluftbedingungen für Mitarbeiter (MAK: 0,1 mg/m3) im unmittelbaren Umfeld der Eloxalbäder lassen sich somit erheblich verbessern.
– In Abhängigkeit von der Stromdichte während der Anodisation sowie dem sich einstellenden H2-Luftgemisch können Temperaturen von bis zu 400 °C im Katalysatorraum erreicht werden. Bei einer unbedenklichen Wasserstoffkonzentration von etwa 4 Vol.-% (UEG) werden immer noch Temperaturen um 200 °C gemessen.
– Für die Wahl geeigneter Kathodenmaterialien empfiehlt sich alternativ zu Aluminium auch Edelstahl (1.4031). Ein unerwünschter Aluminiumeintrag ins Eloxalbad wird unterbunden und eine Erneuerung durch Verbrauch von Aluminiumkathoden erübrigt sich.
Fazit
Im Rahmen dieses ZIM-Projektes konnte die industrielle, prozesssichere Nutzung von Abfallwasserstoff im Eloxalbetrieb realisiert werden. Die nachfolgende Rechnung zeigt, dass die aufgezeigte Lösung die jährlichen Prozesskosten deutlich verringern kann.
Bei der Anodisation von Aluminium entstehen pro Amperestunde 0,4 Liter Wasserstoff. Bei maximaler Auslastung aller Anodisierstationen (18 kA) der Fa. Riedel & Soelch GmbH können etwa 7 m3/h Wasserstoff erzeugt werden. Das entspricht einer Wärmeenergie von 21 kWh (Heizwert H2=3 kWh/m3). Beim vorhergehenden Beizprozess entstehen pro Quadratmeter Oberfläche zusätzlich etwa 186 Liter Wasserstoff in der Stunde. In Summe können im Zweischichtbetrieb mehr als 300m3 Wasserstoff beim Beizen und Anodisieren erzeugt werden, wodurch etwa 100 Liter Dieselöl eingespart werden können. Bei einem Heizölpreis von etwa 0,7 €/l entspricht dies einem Einsparpotential von etwa 17.000 € im Jahr.
Acknowledgement
Das Vorhaben ZIM ZF 4215103Z G6 der Forschungsvereinigung Edelmetalle und Metallchemie wurde über die AiF im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
