Energiewende5 Min.

Wasserstoff im Ofen: Flamme, Dampf und Brennerstein

Wasserstoff brennt heißer, leuchtet kaum, bringt Wasserdampf statt Kohlendioxid in den Ofenraum und braucht für dieselbe Energie etwa das dreifache Gasvolumen. Vier Folgen, die vor dem Umstieg in die Zustellung gehören.

Neu zugestellte Brennerwand eines Schmelzofens mit ausgeformten Brenneröffnungen

Die Umstellung auf Wasserstoff wird meist als Brennerfrage verhandelt: Welcher Brenner kann das, und ab wann ist der Brennstoff da? Die Flamme steht aber nicht frei im Raum, sondern in einer Auskleidung. Was sich am Brennstoff ändert, ändert sich auch an den Bauteilen, die der Flamme am nächsten stehen. Vier Punkte gehören deshalb in die Planung, bevor der erste Brenner getauscht wird.

Die Flamme wird heißer — der Brennerstein steht zuerst darin

Eine Wasserstoffflamme erreicht rund 2.000 °C und liegt damit über der Erdgasflamme. Der Unterschied klingt klein, trifft aber ein Bauteil, das ohnehin am härtesten arbeitet: den Brennerstein. Er sitzt im Temperaturmaximum, hat eine Öffnung und damit eine Kante, und er ist gleichzeitig der Übergang zwischen zwei Werkstoffen. Wer umstellt, nimmt den Brennerstein in die regelmäßige Befundung auf, statt ihn wie bisher im Turnus der Wand mitlaufen zu lassen.

Sie leuchtet kaum — die Wärme kommt anders an

Eine Erdgasflamme strahlt, weil im Verbrennungsraum Rußpartikel glühen. Wasserstoff verbrennt ohne Kohlenstoff und damit nahezu unsichtbar. Ein Teil der Wärme, die bisher als Strahlung ankam, verlagert sich in die Konvektion. Für die Zustellung heißt das: Die Temperaturverteilung im Ofenraum verschiebt sich, und Zonen, die bisher unauffällig waren, können heißer werden. Nach der Umstellung lohnt eine Thermografie am laufenden Ofen, um das neue Bild einmal festzuhalten.

Brenneröffnung in einer Wand, die Kanten sind mit Feuerfestmasse ausgeformt und ausgerundet
Jede Brenneröffnung ist eine Kante im Temperaturmaximum — bei einem Brennstoffwechsel wird sie zum ersten Prüfpunkt

Mehr Wasserdampf im Ofenraum

Wasserstoff verbrennt zu Wasser. Statt Kohlendioxid steht am Ende Wasserdampf im Ofenraum, und zwar deutlich mehr als bisher. Ob das einem Werkstoff etwas ausmacht, hängt vom Werkstoff ab: Manche Produkte vertragen eine feuchte Ofenatmosphäre ohne Weiteres, andere nicht. Diese Frage lässt sich nicht pauschal beantworten und gehört an den Lieferanten — mit der konkreten Angabe, wie hoch der Wasserstoffanteil werden soll. Betroffen ist nicht nur die Arbeitsschicht, sondern auch die Isolierung dahinter.

Etwa das dreifache Gasvolumen

Ein Kubikmeter Wasserstoff trägt rund ein Drittel der Energie eines Kubikmeters Erdgas. Für dieselbe Leistung muss also etwa das dreifache Volumen durch den Brenner. Das ist zunächst eine Frage der Leitungen, betrifft aber auch das Mauerwerk: Brenneröffnungen, Kanäle und Abgasquerschnitte sind auf einen Volumenstrom ausgelegt. Wer eine Neuzustellung plant und den Umstieg für später vorsieht, kann die Öffnungen gleich auf den späteren Betrieb auslegen — nachträglich ist das eine zweite Baustelle.

  • Brennersteine aus dem Wandturnus herausnehmen und einzeln befunden.
  • Nach der Umstellung einmal thermografieren: Die Wärme verteilt sich anders als vorher.
  • Werkstofffrage schriftlich an den Lieferanten, mit dem geplanten Wasserstoffanteil — für Arbeitsschicht und Isolierung getrennt.
  • Brenneröffnungen und Abgasquerschnitte am dreifachen Volumenstrom prüfen.
  • Steht ohnehin eine Neuzustellung an: Öffnungen gleich für den späteren Betrieb auslegen.

Der Brennstoffwechsel ist keine reine Brennerfrage. Heißere Flamme, verschobene Wärmeverteilung, feuchtere Atmosphäre und dreifacher Volumenstrom treffen alle dieselbe Auskleidung. Wer das vor dem Umbau prüft, spart sich den zweiten Stillstand.

Auf einen Blick
2.000 °C
Größenordnung der Wasserstoffflamme — der Brennerstein steht zuerst darin
3×
Gasvolumen für dieselbe Energie: Öffnungen und Querschnitte prüfen
H₂O
Wasserdampf statt Kohlendioxid — Werkstofffrage an den Lieferanten

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