Perspektive klimaneutrale Stahlindustrie

Die Stahlindustrie ist in der Lage, durch Investitionen in neue Produktionsverfahren klimaneutralen Wasserstoff bereits vor 2030 einzusetzen und damit hohe CO₂-Einsparungen zu erzielen. Auf diese Weise kann sie einen erheblichen Beitrag zur Erfüllung des Klimaziels für 2030 und zum Aufbau der Wasserstoffwirtschaft leisten. Bei einer Reduzierung der CO₂-Emissionen um 30 Prozent würden pro Jahr 17 Millionen Tonnen CO₂ eingespart. Um den gleichen Klimaschutzeffekt zu erzielen, müssten 8,5 Millionen Pkw (18 Prozent aller Pkw) durch E-Autos ersetzt werden, die ausschließlich mit Grünstrom fahren. Ein um 95 Prozent verminderter CO₂-Ausstoß der Stahlindustrie würde zu einer Einsparung von ca. 55 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr führen. Um diese CO₂-Minderung zu erreichen, müssten 28 Millionen Pkw (60 Prozent aller Pkw) durch E-Autos ersetzt werden. [1]

Der Weg zur grünen Stahlproduktion in Deutschland

Wenngleich die Stahlindustrie in Deutschland den Werkstoff Stahl heute weltweit zu den besten Bedingungen produziert, ist der Weg zur Klimaneutralität nur mit einem Technologiewechsel insbesondere bei der Primärstahlerzeugung möglich. So konnten die CO₂-Emissionen der kohlebasierten Hochofenroute in den vergangenen Jahrzehnenten zwar kontinuierlich auf heute ca. 1,7 Tonnen CO₂ pro Tonne Rohstahl gesenkt werden, inzwischen stößt dieser Prozess aber an sein technisches Optimum. Um aus den oxidischen Eisenerzen klimaneutral Roheisen zu erzeugen, kann als Reduktionsmittel jedoch anstelle von Kohlenstoff auch Wasserstoff eingesetzt werden. Dabei entsteht neben reinem Eisen Wasserdampf anstelle von CO₂.

Infografik: Wege zum grünen Stahl

Die Direktreduktion mit Wasserstoff und die schrottbasierte Elektrostahlproduktion sind zwei wesentliche Bausteine einer klimaneutralen Stahlindustrie.

Download: Infografik „Wege zum grünen Stahl“ (.pdf)

Direktreduktion: klimaneutral mit Wasserstoff

Mit der wasserstoffbasierten Direktreduktion (kurz DRI: Direct Reduced Iron) steht hierfür eine erprobte und praxistaugliche Technologie zur Verfügung, mit der sich die CO₂-Emissionen gegen Null senken lassen. Dabei werden die pellet-förmigen Eisenerze in einem Schachtofen von gasförmigem Wasserstoff umströmt und bei ausreichender Reaktionsenergie reduziert. Da dieser Prozess in der sogenannten DRI-Anlage bei niedrigeren Temperaturen stattfindet als im Hochofen, wird kein flüssiges Roheisen erzeugt, sondern festes Eisen, so genannter Eisenschwamm. Weiterverarbeitet wird dieser beispielsweise in einem Elektrolichtbogen- oder Schmelzofen, wo aus ihm Stahl erschmolzen wird. Wichtig für den Einsatz von Wasserstoff ist, dass bei seiner Herstellung kein oder nur sehr wenig CO₂ emittiert wird und er damit nahezu klimaneutral ist.

Auch erdgasbasierte Direktreduktion spart massiv CO₂ ein

Solange klimaneutraler Wasserstoff auf absehbare Zeit noch nicht ausreichender Menge zur Verfügung steht, kann zur Substitution auch Erdgas flexibel in der Direktreduktion eingesetzt werden. Da Methan als Hauptbestandteil des Erdgases ein wasserstoffreiches Gas ist, lassen sich dadurch bereits bis zu zwei Drittel der CO₂-Emissionen einsparen.

Wasserstoffeinsatz im Hochofen für kurzfristige Emissionsminderungen

Prinzipiell ist der Einsatz von Wasserstoff auch im Hochofen möglich: Durch das Einblasen von Wasserstoff anstelle von pulverisierter Einblaskohle können ein Teil des Reduktionsmittels Kohlenstoff durch Wasserstoff ersetzt und die Emissionen bis zu technisch maximal 20 Prozent reduziert werden. Ein vollständiger Verzicht auf Kohle bzw. Koks ist jedoch nicht möglich, da dieser konventionelle Prozess auf die stützende Wirkung des Koks angewiesen ist. Die übergangsweise Einblasung von Wasserstoff im Hochofen kann den Weg zur klimaneutralen Stahlindustrie daher nur flankieren. Perspektivisch führt an der Ablösung der klassischen Hochofenroute durch die wasserstoffbasierte Direktreduktion kein Weg vorbei.

Elektrostahlproduktion: ressourcenschonend und CO₂-arm

Ein zweiter Baustein für eine klimaneutrale Stahlindustrie, mit der Stahl bereits heute relativ CO₂-arm erzeugt wird, ist die schrottbasierte Elektrostahlproduktion (auch Sekundärstahlproduktion). Im Elektrolichtbogenofen wird Schrott mit Hilfe von Strom zu neuem Stahl geschmolzen, wobei direkte Emissionen in Höhe von etwa 0,1 bis 0,3 Tonnen CO₂ pro Tonne Rohstahl entstehen. Da Stahl ohne Qualitätsverlust immer wieder recycelt werden kann, trägt diese Sekundärstahlproduktion zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen und zur Ressourcenschonung gleichermaßen bei. Ein Paradebeispiel für Kreislaufwirtschaft. Insbesondere aufgrund der begrenzten Menge an Stahlschrott und des spezifischen Produktportfolios kann der Anteil der schrottbasieren Stahlproduktion an der Gesamterzeugung von heute etwa 30 Prozent jedoch nicht unbegrenzt gesteigert werden.

Wie bei der Transformation der Primärstahlproduktion wird auch in der Sekundärstahlroute perspektivisch der Einsatz von grünem Wasserstoff unverzichtbar sein, um beispielsweise die Erdgasverwendung in den Brennern an den Elektrolichtbogenöfen durch Wasserstoff zu ersetzen. Zudem wird klimaneutraler Wasserstoff für die Umstellung von Hochtemperaturprozessen in der Weiterverarbeitung benötigt, wo sich Werkstücke aufgrund von Form und Abmessungen nicht elektrisch erwärmen lassen.

Infografik: Kreislaufwirtschaft mit Stahl für eine klimaneutrale Zukunft

Die schrottbasierte Elektrostahlproduktion trägt die Kreislaufwirtschaft und ist neben der wasserstoffbasierten Primärstahlerzeugung wesentlicher Baustein einer klimaneutralen Stahlindustrie. Erneuerbare Energien und grüner Wasserstoff machen sie CO₂-neutral.

Download: Infografik „Kreislaufwirtschaft mit Stahl für eine klimaneutrale Zukunft“ (.pdf)

Grüner Stahl für eine grüne Wirtschaft