WV Stahl

Stahl und Stahlproduktion

Wir alle brauchen tagtäglich Stahl. Der Werkstoff ist bekanntlich in Gebäuden, Fahrzeugen und Maschinen wichtig. Und mit seinen Eigenschaften leistet er einen entscheidenden Beitrag für die nachhaltige Welt von morgen. Er ist aber ebenso für den privaten Konsum unverzichtbar. In Deutschland wird der Werkstoff bereits heute zu den weltweit besten Bedingungen produziert. Damit das so bleibt, arbeitet die Branche intensiv daran, ihre Produktion in Richtung Klimaneutralität umzustellen.

Stahl: Unverzichtbar für Wirtschaft und das tägliche Leben

Die industrielle Anwendung ist nur ein Teilgebiet, in dem Stahl eine besondere Rolle spielt. Für den Alltag und somit den privaten Konsum ist Stahl von grundlegender Bedeutung. Jährlich werden für Deutschlands Haushalte pro Kopf etwa 180 kg Stahl benötigt. Dabei muss das Endprodukt nicht einmal unbedingt Stahl enthalten. Stahl steckt nicht nur in den fertigen Produkten, sondern wird auch für deren Herstellung, Lagerung und Transport benötigt. Auf seinem Herstellungs- und Transportweg kommt daher in den überwiegenden Fällen Stahl zum Einsatz. Dadurch werden auch Dienstleistungen und Produkte, die keinen Stahl enthalten, „stahlintensiv“. Fast jedem Produkt wohnt somit eine Stahlintensität inne.

Die wirtschaftliche Bedeutung der Stahlerzeugung in Deutschland ist ebenfalls hoch. Deutschland ist mit rund 40 Mio. t pro Jahr der größte Stahlhersteller in der EU und der siebtgrößte Stahlhersteller der Welt. Als Basisindustrie hat die Stahlbranche eine besondere Bedeutung für die Wertschöpfungsketten und ist zudem das Rückgrat der deutschen Volkswirtschaft.

Auf dem Weg zur grünen Stahlproduktion

Wenngleich die Stahlindustrie in Deutschland den Werkstoff Stahl heute weltweit zu den besten Bedingungen produziert, ist der Weg zur Klimaneutralität nicht ohne 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. 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.

Stahlproduktion heute

Noch wird in Deutschland Stahl im Wesentlichen über zwei Verfahrensrouten produziert: etwa 70 Prozent der Gesamtmenge als „Primärstahl“ auf der Hochofenroute, rund 30 Prozent als „Sekundärstahl“ auf der recyclingorientierten, schrottbasierten Elektrostahlroute. Bei der Hochofenroute (auch integrierte Route genannt) wird Roheisen aus oxydischen Eisenerzen im Hochofen erzeugt, welches anschließend im Sauerstoffkonverter zu Rohstahl verarbeitet wird. Bei der Elektrostahlroute wird durch Recyceln von Stahlschrott im Elektrolichtbogenofen Rohstahl hergestellt. Die direkten Emissionen dieser Route liegen bei 0,1 bis 0,3 Tonnen CO2 pro Tonne Rohstahl.

Ausführliche Informationen zu den konventionellen Produktionsprozessen finden Sie auf vdeh.de oder in der Video-Dokumentation „Stahl – Vom Eisenerz zum Hightech-Produkt“