Carbon2Chem: Digitaler Zwilling steigert Methanolgewinnung aus Hüttengasen um 39 %

(15.05.2026) Hüttengase sind ein häufiges Nebenprodukt der Stahlherstellung und enthalten große Mengen Wasserstoff sowie Kohlenoxide. Im Forschungsprojekt Carbon2Chem untersuchen Partner aus Industrie, Forschung und Lehre deren stoffliche Nutzung – im Mittelpunkt steht das Hüttenwerk von Thyssenkrupp Steel Europe in Duisburg. Bei der Verhüttung von Koks und Eisenerz fallen dort erhebliche Mengen Koksofengas, Hochofengas und Konvertergas an. Aus diesen kohlenstoff- und wasserstoffhaltigen Abgasen lässt sich z.B. Methanol nachhaltig herstellen. Methanol gilt als vielversprechender Wasserstoffträger für künftige Energiesysteme.

Miniplant für die Umwandlung von Hüttengasen in Methanol. (Bild: Fraunhofer ISE)  

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE produzierte in der zweiten Phase des Forschungsprojektes rund 2.000 Liter Rohmethanol aus gereinigten Hüttengasen – mittels einer eigens konzipierten Miniplant. Begleitend entstand eine Simulationsplattform, die als digitaler Zwilling der Anlage eingesetzt wurde.

„Die Basis des digitalen Zwillings ist die Kenntnis eines kinetischen Modells, das die zugrundeliegenden Reaktionen mit sehr hoher Genauigkeit beschreibt”, erklärt Simulationsexperte Dr. Florian Nestler vom Fraunhofer ISE. „Durch dessen Kombination mit einem detaillierten Reaktor- und Prozessmodell in unserem Simulationsprogramm lassen sich stationäre und dynamische Betriebszustände einer ganzen Chemieanlage berechnen.”

Die Simulation auf Basis realer Messdaten schlug Änderungen der Betriebsparameter vor. Damit konnte 39 % mehr Methanol aus Hochofengas (Blast Furnace Gas, BFG) und Wasserstoff erzeugt werden. (Bild: Fraunhofer ISE) 

Die konkrete Aussagekraft eines digitalen Zwillings für eine spezifische Anlage ergibt sich durch die Anpassung auf deren Kenndaten, z.B. Reaktorgeometrie, verwendeter Katalysator und einstellbare Betriebsparameter.

Reale Messdaten aus über 5.000 Betriebsstunden ermöglichten eine präzise Kalibrierung des Modells auf Reaktorgeometrie, Katalysator und einstellbare Betriebsparameter. Auf dieser Grundlage suchte der Optimierungsalgorithmus nach besonders produktiven Betriebspunkten – mit deutlichem Erfolg: Durch Anpassung von Reaktoreintrittstemperaturen, Rezyklatverhältnis und Wasserstoffbeimischung konnte die Produktionsmenge an Methanol aus Hochofengas und Wasserstoff um 39 % gesteigert werden.

„Die Arbeiten des Fraunhofer ISE erlauben Planspiele für eine Reihe von Szenarien: Teillastbetrieb einer Anlage, Skalierung auf nächstgrößere Produktionsmenge, schwankende Produktionsbedingungen”, so Dr. Matthias Krüger vom Projektpartner Thyssenkrupp Uhde. Die entwickelte Simulationsplattform kann dabei künftig auch für andere Anwendungen wie die Herstellung von Flugkraftstoffen genutzt werden.

Gefördert wird Carbon2Chem vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR); das Fraunhofer ISE war an den ersten beiden von aktuell drei Förderphasen beteiligt. Ebenso unterstützt das Fraunhofer UMSICHT das Vorhaben an vielen Stellen beim Schritt von der Pilotanwendung zur industriellen Anwendung.