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Wasserstoff macht Stahl Stahlproduktion mit 95 % geringerer CO2-Emission möglich als heute

| Redakteur: Peter Königsreuther

Von 100 % auf 5 % könnten sich die CO2-Emissionen bei der Stahlproduktion verringern lassen, und zwar mit der wasserstoffbasierten Direktreduktion, stellen Forscher aus Dresden in Aussicht.

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CO2-Emissionen bei der Stahlproduktion drastisch verringerbar! Das klappt mit der wasserstoffbasierten Direktreduktion, sind sich nicht nur die Forscher am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden, sicher.
CO2-Emissionen bei der Stahlproduktion drastisch verringerbar! Das klappt mit der wasserstoffbasierten Direktreduktion, sind sich nicht nur die Forscher am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden, sicher.
(Bild: Fraunhofer IKTS)

Bis 2050 will die Salzgitter AG im Rahmen des Salcos-Vorhabens (Salzgitter Low CO2 Steelmaking) eine Umstellung hin zur quasi CO2-freien Rohstahlproduktion erreichen, heißt es. Bisher wird das dazu nötige Eisenoxid im Erz mit Kohle reduziert, was mit hohen CO2-Emissionen einhergeht. Weltweit gesehen stammen daher circa 7 % des CO2-Ausstoßes, betonen die Forscher am Fraunhofer-IKTS in Dresden. Eine Schritt zur einer Alternative zur Kohlereduktion ist die Elektrolyse von grünem Wasserstoff durch Strom aus erneuerbaren Energien. Der Wasserstoff kann dann anstatt der Kohle in einem sogenannten Direktreduktionsprozess bei der Stahlproduktion einwirken. So ließen sich perspektivisch gesehen bis zu 95 % CO2 auf dem Weg zum Rohstahl einsparen. Klingt gut, braucht aber zeit, schränken die Forscher ein, denn die Umstellung ist nicht nur mit hohen Investitionskosten verbunden, sondern auch technisch recht anspruchsvoll.

Forschungseinrichtungen und Industriepartner schlagen neue Stahlgewinnungswege ein

Doch wie ist die Umstellung der Stahlherstellung auf ein klimafreundlicheres Verfahren überhaupt zu bewerten? Was genau bedeutet sie konkret für das integrierte Hüttenwerk der Salzgitter Flachstahl GmbH? Und wie viel erneuerbare Energie ist dazu nötig, um nur 1 t CO2 einzusparen? Diese und andere Fragen beantwortete man in der „Machbarkeitsstudie zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Hüttenwerk unter Nutzung Regenerativer Energien“, kurz Macor. Angefertigt wurde die vom BMBF geförderte Studie von den drei Fraunhofer-Instituten IKTS, ISI und UMSICHT sowie von den Salzgitter-Gesellschaften Salzgitter Flachstahl und Salzgitter Mannesmann Forschung.

Während sich das Fraunhofer-IKTS vor allem der Prozesssimulation widmete, analysierte das Fraunhofer-ISI die Wirtschaftlichkeit diverser Verfahrensvarianten, heißt es weiter. Die Mitarbeitenden des Fraunhofer-UMSICHT untersuchten die Prozesse bei der Direktreduktion sowie die Eigenschaften des reduzierten Eisens. Bei den Salzgitter-Gesellschaften fokussierte man sich auf die Erstellung eines Umsetzungsplans für Salcos, auf technische Untersuchungen des direktreduzierten Eisens sowie auf ökologische Bilanzen.

CO2-Vermeidung ist wesentlich effizienter als das Abfangen

Eine wichtige Kenngröße ist der Energiebedarf pro Tonne eingespartem CO2,merken die Beteiligten an. Denn Energie aus erneuerbaren Quellen ist (noch) begrenzt. Ihr Anteil am gesamten Energiemarkt in Deutschland belaufe sich momentan auf nur rund 15 %. Deshalb stellt sich die Frage, bei welchem Einsatz diese Energie den größten Nutzen bringt?

Das Ergebnis der Studie sieht nun wie folgt aus:

CO2 bei der Rohstahlherstellung zu vermeiden ist viermal effizienter, als das CO2 aufzufangen und anderen Nutzungen zuzuführen, etwa zur Herstellung von Chemikalien. Die Wasserstoff-basierte Stahlherstellung bietet dabei das größte CO2-Einsparpotenzial von fast 100 % im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, wie etwa die Wasserstoffeinblasung im Hochofen.

Simulationsrechnungen des IKTS haben außerdem gezeigt, dass die Hochtemperaturelektrolyse ein sehr effizientes und wirtschaftliches Verfahren ist, um den benötigten Wasserstoff für die Direktreduktion im integrierten Hüttenwerk bereitzustellen. Im Folgeprojekt „Begleitforschung Wasserstoff in der Stahlerzeugung“, kurz „Bewise“ – ebenfalls vom BMBF gefördert – widmet sich das bewährte Konsortium nun weiteren Untersuchungen zur Optimierung der in Macor eingeschlagenen, wasserstoffbasierten Stahlherstellungsroute.

Das Team um Dr. Matthias Jahn, dem zuständigen Abteilungsleiter am Fraunhofer-IKTS ist sich sicher: „Wir in Sachsen haben die nötige Kompetenz, um das zu schaffen!“ Nicht zuletzt baut man am IKTS beim Bau eines sächsischen Wasserstoff-Kompetenzzentrums mit, das die „grüne“ Wasserstofferzeugung als Schwerpunkt haben wird.

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