Goldene Wege zum grünen Stahl 4 Minuten Lesezeit
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Goldene Wege zum grünen Stahl

Volkmar Held
Als freier Autor berichtet Volkmar Held für voestalpine über Themen, die bewegen. Die inhaltlichen Schwerpunkte seiner Storys reichen von der Archäometallurgie bis zu Zukunftstechnologien.

Breakthrough-Technologien sollen in den kommenden Jahren den Durchbruch zur klimaneutralen Stahlherstellung ermöglichen. voestalpine ist maßgeblich an der Entwicklung solcher erfolgversprechender Verfahren beteiligt.


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Breakthrough-Technologien sind Verfahren, die kurz vor ihrem weiträumigen Einsatz stehen. Sie verändern unser Leben oder die Landschaft eines Industriezweigs mit weitreichenden Konsequenzen. Gerade im Zusammenhang mit dem drängenden Problem der Klimaerwärmung wird von Breakthrough-Technologien gesprochen, wenn es z. B. um die Speicherung von grüner Energie oder die Transformation von emissionsbeladenen zu emissionsarmen oder sogar -freien Technologien geht.

Der erfolgreiche Durchbruch solcher Verfahren ist für die weltweite Stahlindustrie von grundlegender Bedeutung. Sie ist derzeit für ungefähr 7 % der vom Menschen verursachten CO2-Emission verantwortlich. Jede Maßnahme zur Senkung dieses Anteils trägt daher bedeutende Konsequenzen für die Zukunft unseres Planeten. Wirtschaftlich darstellbare Verfahren, die den CO2-Ausstoß der Stahlerzeugung nachhaltig senken, würden daher wirklich einen Durchbruch bedeuten.

voestalpine Linz

Technologieführerschaft bei voestalpine

Mit Breakthrough-Technologien kennt man sich bei der voestalpine aus. Die Konverterstahlproduktion nach dem LD-Verfahren bedeutete vor mehr als 50 Jahren einen technologischen Durchbruch und befindet sich nach wie vor weltweit im Einsatz. Und die Innovation phs unterstützt seit 20 Jahren den automobilen Leichtbau mit korrosionsbeständigem, hochfestem und besonders leichtem Stahlwerkstoff. Seit mehreren Jahren beteiligt sich die voestalpine in der Phalanx der weltweiten Stahlindustrie an der Erforschung bzw. Marktbefähigung von Verfahren, die Treibhausgasemissionen mindern und CO2-erzeugende Produktionsverfahren ersetzen. Unter den dutzenden Forschungsprojekten weltweit fokussiert sie auf den Einsatz von Wasserstoff bei der Stahlerzeugung, insbesondere bei der klimafreundlichen Reduktion von Eisenerzen:

H2FUTURE

Die H2FUTURE-Anlage auf dem Gelände der voestalpine Stahl GmbH in Linz stellt grünen Wasserstoff auf dem Weg der Elektrolyse her. Seit 2019 wird mit ihrer Hilfe getestet, ob die eingesetzte Technologie für eine großindustrielle Produktion geeignet ist. Dafür werden z. B. schnelle Lastwechsel – wie sie im Betrieb eines Elektrolichtbogenofens und bei der grünen Stromerzeugung entstehen – simuliert.
H2FUTURE nutzt zudem mit der PEM-Elektrolyse ein Verfahren, das sich leicht skalieren und so dem aktuellen Bedarf anpassen lässt. Bisher konnten mehr als 500 t grüner Wasserstoff hergestellt werden, die für die Produktion von 8.800 t grünem Stahl ausreichen würden.

Projektpartner: VERBUND, Siemens, Austrian Power Grid, K1-MET, TNO (NL)

SuSteel

SuSteel steht für Sustainable Steelmaking, d. h. nachhaltige Stahlproduktion. Seine Nachhaltigkeit gewinnt dieses Verfahren aus dem Umstand, dass es Rohstahl ohne CO2-Emission erzeugen kann. In nur einem Verfahrensschritt trennt ein Wasserstoffplasma das im Erz zugeführte Eisen von seinem Sauerstoffbegleiter (Reduktion) und schmilzt es für die weitere Verwendung auf. Daher wird dieses Verfahren auch Hydrogen Plasma Smelting Reduction genannt.
Bei einer erfolgreichen Weiterentwicklung von SuSteel bis auf die Stufe des wirtschaftlichen Einsatzes rechnet die Internationale Energieagentur IEA mit einem bedeutenden Beitrag dieser und ähnlicher Technologien für die Emissionssenkung. Schließlich entsteht in diesem Prozess kein Kohlendioxid als Nebenprodukt, sondern Wasser.

Projektpartner: K1-MET, Montanuniversität Leoben, voestalpine Stahl GmbH, voestalpine Stahl Donawitz GmbH

HYFOR

Die voestalpine Stahl Donawitz ist ebenfalls Standort der HYFOR-Pilotanlage. In ihr werden Eisenerzkonzentrate zu 100 % durch Wasserstoff reduziert. Da diese Konzentrate nicht vorab pelletiert oder gesintert werden müssen, fällt zusätzlich ein energie- und emissionsintensiver Vorbereitungsschritt weg.
Die 2021/22 vorgesehenen Versuche umfassen Eisenerzmengen von jeweils 800 kg, die zu heißem Eisenschwamm (HDRI) reduziert werden. HDRI wird dann entweder direkt von der Anlage im Heißtransport der Weiterverarbeitung, z. B. im Elektrolichtbogenofen, zugeführt oder zu heiß brikettiertem Eisen (Hot Briquetted Iron/HBI) gepresst.

Projektpartner: Primetals Technologies, K1-MET, Montanuniversität Leoben, voestalpine Stahl Donawitz GmbH

Basis grüner Wasserstoff

Grüner Wasserstoff, so schlägt die Internationale Energieagentur (IEA) vor, soll ab Mitte der 2030er-Jahre als „als primäres Reduktionsmittel in kommerziellem Maßstab“ eingeführt werden. Dementsprechend wird sein Verbrauch in der Stahlbranche wachsen; bis 2050 soll er, rechnet die IEA, auf 12 Mio. t pro Jahr ansteigen. Zum Vergleich: Derzeit werden jährlich weniger als 70.000 t Wasserstoff auf dem Weg der Elektrolyse aus Wasser hergestellt.

Nicht allein Fragen der ausreichenden Wasserstofferzeugung sind daher weiterhin zu klären, auch der Transport und die Lagerung des Gases sind Gegenstand weltweit durchgeführter Untersuchungen. Um sich mit diesen Fragen wissenschaftlich auseinanderzusetzen, beteiligt sich die voestalpine am Projekt „Underground Sun Storage 2030“ im oberösterreichischen Gampern. Diese Kombination aus nachhaltiger Stromerzeugung durch Photovoltaik, aus Wasserstoff-Elektrolyse und -Speicherung sowie seine Nutzung in der energieintensiven Industrie trägt ebenfalls den Ansatz einer bahnbrechenden Technologie zur grünen Stahlerzeugung in sich.