Ansätze zur Dekarbonisierung im Bergbau und bei der Metallproduktion

Die Metall- und Bergbauindustrien tragen zu etwa 8 % des globalen Kohlenstofffußabdrucks bei. Insbesondere in der Stahlindustrie entstehen enorme Mengen an CO₂, da zu 70% Kohle und Koks zur Herstellung von Stahl in Hochöfen verbrannt werden₁. Pro Tonne erzeugten Stahls entstehen aktuell 1,85 Tonnen Kohlendioxid₂. Der Einsatz alternativer Brennstoffe im Bergbau und in Stahlwerken ist ein Weg, um die Emissionen zu senken.

Wie das geht und welche Sensoren von SICK diese Prozesse unterstützen, wird im folgenden Artikel beschrieben. Heute Teil fünf unserer Serie zum Thema Dekarbonisierung im Bergbau und der Metallerzeugung.

Bergbauunternehmen unternehmen wichtige Schritte um Umweltauswirkungen zu verringern.

Dekarbonisierung der Bergbauindustrie auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft

Für eine umweltfreundlichere und nachhaltigere Art der Rohstoffgewinnung und -verarbeitung unternehmen Bergbauunternehmen bedeutende Schritte, um ihre Umweltauswirkungen zu verringern.

Zu den wichtigsten Strategien gehören:

Verbesserung der Energieeffizienz
Elektrifizierung der Fahrzeuge und Maschinen
Nutzung alternativer Brennstoffe
Optimierung von Prozessen
Nutzung von Automatisierungslösungen
Integration mit den vor- und nachgelagerten Lieferketten

Durch die Verfolgung eines ganzheitlichen Ansatzes führen Bergbauunternehmen Maßnahmen zur Reduzierung von Emissionen in jeder Phase ein. Hierbei handelt es sich um direkte Emissionen aus dem Bergbaubetrieb, indirekte Emissionen aus eingekaufter Energie sowie Emissionen über die gesamte Wertschöpfungskette.

In diesem Zusammenhang spielt Bergbau 4.0 eine wichtige Rolle. Dies bedeutet, dass bis zum Jahr 2027 75 % der Unternehmen wichtige Maschinen und Fahrzeuge mit intelligenten Sensoren nachgerüstet haben werden . Die digitale Transformation im Bergbausektor bedeutet mehr Sicherheit, höhere Produktivität, mehr Effizienz und Rentabilität sowie einen nachhaltigeren Betrieb.

Verbesserung der Energieeffizienz

Energieeffizienz ist eine der wichtigsten Triebfedern für die Dekarbonisierung. Investitionen in fortschrittliche Technologien und bessere Verfahren zur Minimierung des Energieverbrauchs und zur Verringerung der Treibhausgasemissionen sind unerlässlich. Durch die Optimierung von Prozessen und den Einsatz energieeffizienter Geräte wie hocheffizienter Motoren, Batterien und intelligenter Steuerungssysteme, erzielen Unternehmen erhebliche Energieeinsparungen und verringern ihre CO₂-Bilanz.

In großen Minen ist es z. B. besonders wichtig, die exakte Position einzelner Fahrzeuge und Werkzeuge zu kennen. Ultrabreitband-Tags in Verbindung mit dem Gateway-System TDC (Telematic Data Collector) sind eine geeignete Lösung für die Lokalisierung von Betriebsmitteln in ausgedehnten Minenanlagen. Das System sendet die Raum-Zeit-Koordinaten an eine zentrale Datenbank und übermittelt die Überwachungsdaten in Echtzeit – unabhängig davon, ob sich das Betriebsmittel über oder unter der Erde befindet.

Systemlösungen

Intelligent vernetzt – Daten nutzbar machen und aktiv handeln

Telematic Data Collector

Mit LiDAR-Technologie wird das Volumen der Ladung von Muldenkippern direkt gemessen.

Muldenkipper werden im Tagebau zum Abtransport großer Abraum-, Kohle- oder Erzvolumen eingesetzt. Das Volumen auf der Ladefläche soll maximiert werden, ohne dass das Fahrzeug überladen wird. Gleichzeitig wird aber auch überwacht, ob die Ladefläche vollständig geleert ist, bevor der Kipper erneut beladen wird. Mit LiDAR-Technologie wird das Volumen der Ladung direkt gemessen. Ein über dem Fahrzeug angebrachtes Load Volume Measurement System scannt die beladene Ladefläche. Es bestimmt das Volumen nach dem Lichtlaufzeit-Prinzip, ohne dass der Muldenkipper anhält. Der Zeitunterschied zwischen dem Aussenden und dem Empfangen des Signals durch den LiDAR-Sensor liefert die für die Volumenmessung notwendigen Informationen. LiDAR-Sensoren von SICK sind robust, zuverlässig und genau und damit ideal geeignet für die rauen Bedingungen im Bergbau.

Elektrifizierung und alternative Kraftstoffe

Die Elektrifizierung ist ein umwälzender Trend in der Bergbauindustrie. Durch den Ersatz von dieselbetriebenen Maschinen durch elektrische Alternativen können Unternehmen ihre Emissionen erheblich reduzieren. Darüber hinaus gewinnt der Einsatz alternativer Brennstoffe wie Erdgas und erneuerbare Energien an Bedeutung. Diese saubereren Brennstoffe tragen zur Senkung der Kohlenstoffemissionen bei. Sie stellen gleichzeitig eine zuverlässige Energieversorgung für den Bergbau sicher. Dabei spielt die Automatisierung auch eine wichtige Rolle.

Prozessoptimierung für mehr Effizienz

Die Prozesseffizienz spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung von Emissionen. Bergbauunternehmen verbessern ihren Betrieb kontinuierlich durch die Einführung innovativer Technologien und Verfahren. Fortschrittliche Automatisierungslösungen, einschließlich Sensoren und Systeme für die vorausschauende Wartung, Staubüberwachungsgeräte und die Überwachung des Maschinenzustands, ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Problemen, reduzieren Ausfallzeiten und verbessern die Gesamteffizienz. Diese Technologien verbessern die Produktivität und minimieren gleichzeitig die Energieverschwendung und die Emissionen.

Aus Gründen der Sicherheit und Produktivität wollen Bergbaubetriebe ihre Fahrzeuge im Fördergebiet lokalisieren. Dafür sucht eine robuste RFID-Leseeinheit RFU630 auf dem Dach von Bergbaufahrzeugen kontinuierlich die Umgebung nach Tags ab. Diese sind auf dem gesamten Minengelände installiert. Fährt ein Fahrzeug an einem Tag vorbei, erfasst der Sensor die exakten Positionsdaten des Fahrzeugs.

Das MINESIC700 GHG erfasst kontinuierlich die GHG-Emissionen von Untertage-Kohleminen.

Das MINESIC700 GHG erfasst mithilfe des extraktiven Gasanalysators S715 und des Ultraschall-Gasdurchflussmessgeräts FLOWSIC100 kontinuierlich die GHG-Emissionen von Untertage-Kohleminen. Hochpräzise Sensoren messen zudem Temperatur und Druck. Optional kann auch eine Feuchtemessung integriert werden. Mit einer kundenspezifischen Reportingsoftware können Emissionsberichte erstellt werden, die zur Vorlage bei den Steuerbehörden zugelassen sind.

LiDAR-Sensoren LD-MRS und LMS sind wichtige Voraussetzungen für autonome Transportfahrzeuge. Das lineare Wegmesssystem MAX® gewährleistet eine Zustandsüberwachung in Echtzeit und eine vorausschauende Wartung in Hydraulikzylindern von Bergbaumaschinen. Er hält hohen mechanischen Belastungen wie Stößen und Vibrationen stand.

Durchflussmessgeräte

Volumenstrommessgeräte zur kontinuierlichen Emissionsüberwachung

FLOWSIC100

Gasanalysatoren

Zuverlässige Messung von Treibhausgas-Emissionsabgaben

MINESIC700 GHG

LiDAR-Sensoren

Für Einsatz in rauen Umgebungen geeignet – 3D-LiDAR-Sensor mit Mehrlagentechnologie

LD-MRS

Linear-Encoder

Integrierte Zylinder Positionsmessung für mobile Arbeitsmaschinen

MAX

RFID

UHF-Transponder-Identifikation mit RFID-Schreib-/Lesegerät für große Reichweiten

RFU63x

Integration mit der vor- und nachgelagerten Lieferkette: Stahlproduktion

Bergbauunternehmen arbeiten zunehmend mit nach- und vorgelagerten Partnern zusammen, um nachhaltigere und besser vernetzte Lieferketten zu schaffen. Wir betrachten im Folgenden die Stahlindustrie genauer.

Stahl ist der vielseitigste industrielle Werkstoff der Welt. Er spielt in der Gesellschaft daher eine wichtige Rolle. Für Projekte zur Energiewende und die Infrastruktur zur Stahlproduktion werden Tausende von Tonnen an industriellen Grundstoffen benötigt, sodass die Nachfrage nach Stahl weiter zunimmt. Effizientes Stahlrecycling und Dekarbonisierung sind daher unerlässlich

Der Produktionsprozess für hochwertige Eisenerzpellets hat sich als umweltfreundliche Lösung erwiesen

So hat sich z. B. der Produktionsprozess für hochwertige Eisenerzpellets als umweltfreundliche Lösung erwiesen. Diese Pellets dienen als überlegene Alternative für den Prozess der Direktreduktion von Eisen (DRI), wodurch Emissionen reduziert und die Effizienz der Stahlproduktion erhöht werden. Darüber hinaus werden durch den Ersatz von Sintermaterial in der klassischen Stahlproduktion durch Stückerz oder Pellets die Emissionen und das Abfallaufkommen erheblich reduziert.

Die Umstellung von der Koks- und Kohleverbrennung in Hochöfen zur Direktreduktion (Direct Reduced Iron „DRI“) mithilfe von Wasserstoff als Reduktionsmittel ist ein großer Trend, wenn es um Pläne zur Dekarbonisierung der Eisen- und Stahlproduzenten geht. Die riesigen Mengen an benötigtem Wasserstoff werden durch Elektrolyse hergestellt. Die dafür benötigte Menge Strom wird idealerweise durch erneuerbare Energien geliefert.

Sensoren von SICK unterstützen die Eisen- und Stahlproduzenten bei der Optimierung ihrer Prozesse, bei Sicherheitsaspekten bei der Produktion und der Erfüllung der Emissionsvorschriften.

Sensoren von SICK unterstützen die Eisen- und Stahlproduzenten zum Beispiel bei der Optimierung ihrer Prozesse

Klicken Sie auf das Bild, um zum interaktiven Tool für Sensorlösungen für grüne Stahlwerke mit DRI zu gelangen

Beispiel 1: Überwachen von Prozessabgasen in der Direktreduktionsanlage

Analysatoren mit kalt-extraktiver Messtechnik messen u. a. H2, CO und CO2.

In Direktreduktionsanlagen ist in Schachtöfen Sauerstoff zu reduzieren. Daher wird den Öfen ein vorgewärmtes Reduktionsgasgemisch zugeführt. Eine Kombination verschiedener extraktiver Gasanalysatoren mit ATEX-Zulassungen misst simultan alle für diesen Prozess relevanten Gaskomponenten. Dabei können die Analysatoren mit heiß-extraktiver Messtechnik bis zu sechs Komponenten erfassen – auch solche wie H₂0, die bei niedrigen Temperaturen kondensieren. Die Analysatoren mit kalt-extraktiver Messtechnik hingegen messen durch Verbindung unterschiedlicher Sensoren u. a. H₂, CO und CO₂. In den Schachtöfen kontrollieren die Gasanalysatoren zudem die Qualität der verschiedenen Prozessgasströme. Darüber hinaus prüfen die Geräte im fertigen Synthesegasgemisch das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid. Passend zu den unterschiedlichen Explosionsschutzanforderungen der ATEX-Richtlinie bietet SICK die Analysatoren in mehreren Varianten an. Damit lassen sich zahlreiche Applikationen in vielen verschiedenen Bereichen abdecken.

Beispiel 2: Gasdurchflussmessung in der Direktreduktionsanlage

Der FLOWSIC100 Flare-XT misst Geschwindigkeit, Volumen und Durchfluss der Gasgemische zuverlässig und präzise.

Eine Direktreduktionsanlage wird mit Eisenerzpellets befüllt. Gleichzeitig in die Anlage eingespeistes Reduktionsgas mit einer hohen Konzentration an Kohlenmonoxid und Wasserstoff entzieht dem Eisenerz Sauerstoffatome. Dadurch entsteht fester Eisenschwamm. Die robusten Gasdurchflussmessgeräte FLOWSIC100 Flare-XT messen dank ihrer Ultraschalltechnologie Geschwindigkeit, Volumen und Durchfluss der verunreinigten, feuchten und explosionsfähigen Gasgemische zuverlässig und präzise. Durch Drosselventile kann man das Gerät ohne Unterbrechung des Gasdurchflusses reinigen und warten. Die intelligente Geräteüberwachung des FLOWSIC100 Flare-XT ermöglicht zudem vorausschauende Wartung. Das erhöht die Anlagenverfügbarkeit.