Wie lassen sich die CO2-Emissionen bei der Rohstahlproduktion um bis zu 95 % möglichst effizient reduzieren? Antworten dazu liefert das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt MACOR der Fraunhofer-Institute IKTS, ISI und UMSICHT sowie der Salzgitter AG.
Einsparung von bis zu 95% des CO2-Ausstoßes
Bis 2050 will die Salzgitter AG im Rahmen des SALCOS-Vorhabens (Salzgitter Low CO2 Steelmaking) eine Umstellung hin zur nahezu CO2-freien Rohstahlproduktion abgeschlossen haben. Bislang wird das Eisenoxid im Erz mit Kohle reduziert, was mit hohen CO2-Emissionen einhergeht – so entfallen ca. 7 % des weltweiten CO2-Ausstoßes auf die Stahlproduktion.
Erzeugt man stattdessen mittels Elektrolyse unter Einbeziehen von Strom aus erneuerbaren Energien grünen Wasserstoff und nutzt diesen statt der Kohle in einem sogenannten Direktreduktionsprozess, lassen sich perspektivisch bis zu 95 % CO2 auf dem Weg zum Rohstahl einsparen. Natürlich gelingt dies nicht von jetzt auf gleich, denn die Umstellung ist nicht nur mit hohen Investitionskosten verbunden, sondern auch technisch anspruchsvoll.
Machbarkeitsstudie MACOR zur Emissionsreduktion bei der Rohstahlproduktion
Doch wie ist die Umstellung der Stahlherstellung auf ein klimafreundlicheres Verfahren zu bewerten? Was genau bedeutet sie konkret für das integrierte Hüttenwerk der Salzgitter Flachstahl GmbH? Wie viel erneuerbare Energie ist beispielsweise nötig, um eine Tonne CO2 einzusparen?
Diese und andere Fragen klärte die »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 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 unterschiedlicher Verfahrensvarianten. Die Mitarbeitenden des Fraunhofer UMSICHT untersuchten die Prozesse bei der Direktreduktion sowie die Eigenschaften des reduzierten Eisens. Bei den Salzgitter-Gesellschaften lag der Fokus auf der Erstellung eines Umsetzungsplans für SALCOS, technischen Untersuchungen des direktreduzierten Eisens sowie der ökologischen Bilanzierung.
Eine wichtige Kenngröße ist der Energiebedarf pro Tonne eingespartem CO2. Denn Energie aus erneuerbaren Quellen ist begrenzt – ihr Anteil am gesamten Energiemarkt in Deutschland beträgt derzeit gerade einmal 15 %. Deshalb stellt sich die Frage: Wo bringt ihr Einsatz den größten Nutzen? Das Ergebnis der Studie: 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 beispielsweise die Wasserstoffeinblasung im Hochofen.
Simulationsrechnungen des IKTS zeigen zudem, 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 Forschungsarbeiten zur Optimierung der in MACOR untersuchten wasserstoffbasierten Stahlherstellungsroute.
