Superstrukturoptimierung eines Anlagenverbundes zur stofflichen Nutzung von Prozessgasen aus der Stahlproduktion

Die Arbeit befasst sich mit der stofflichen Nutzung von kohlenstoffhaltigen Prozessgasen aus der Stahlproduktion nach dem Carbon Capture and Utilization-Konzept. Mit diesem Ansatz können große Mengen der bisherigen Kohlendioxidemissionen vermieden und zusätzlich gewinnbringende chemische Produkte hergestellt werden. Um dies zu realisieren, ist ein hoher Bedarf an zusätzlichem und möglichst erneuerbar erzeugtem Wasserstoff erforderlich, wodurch ein sektorengekoppelter Anlagenverbund zwischen der Stahl-, Chemie- und Energieindustrie entsteht. Zur Bestimmung eines solchen optimalen Anlagenverbundes wird ein gemischt-ganzzahliges lineares Optimierungsmodell entwickelt und angewendet. Das Modell beinhaltet Entscheidungsmöglichkeiten für vorausgewählte chemische Produkte und technische Anlagen in Form von Superstrukturen. Ziel der Arbeit ist es, aus diesem superstrukturbasierten Anlagenverbund den ökonomisch optimalen Anlagenverbund für verschiedene Szenarien zu bestimmen. Die Optimierungsergebnisse zeigen, wie die optimalen Anlagenverbünde in fünf verschiedenen Szenarien strukturiert, dimensioniert und betrieben werden. Dabei werden signifikante Unter-schiede und Gemeinsamkeiten zwischen den Szenarien identifiziert. Darüber hinaus werden die gesamtsystemischen ökonomischen, energetischen und ökologischen Kenngrößen der optimalen Anlagenverbünde quantifiziert und analysiert. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die stoffliche Nutzung von Prozessgasen aus der Stahlproduktion je nach zukünftiger Entwicklung eine effektive Strategie darstellt, um sowohl den ökologischen Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen als auch ökonomische Vorteile zu realisieren. Die Wirtschaftlichkeit und die Emissionsreduktion, die durch diesen Ansatz erreicht werden können, hängen jedoch stark von den zukünftigen ökonomischen, ökologischen und technischen Entwicklungen ab. Mit der in dieser Arbeit entwickelten Methodik kann ein komplexes Gesamtsystem auf die wesentlichen Entscheidungsoptionen reduziert und das daraus entstehende Optimierungsmodell zur Unterstützung von Investitionsentscheidungen eingesetzt werden.