Forschung 29.01.2024, 07:10 Uhr

Grüner Stahl aus Rotschlamm: Forschende zeigen, wie es geht

Jährlich entstehen bei der Herstellung von Aluminium etwa 180 Millionen Tonnen schädlichen Rotschlamms. Forschende des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung haben nun gezeigt, wie dieser Abfall in grünen Stahl umgewandelt werden kann.

Rotschlamm

Max-Planck-Forschende präsentieren innovative Technologie zur nachhaltigen Stahlproduktion aus Rotschlamm.

Foto: Gabriel Cassan / Adobe Stock

Bis zum Jahr 2050 soll die Nachfrage nach Stahl und Aluminium um bis zu 60 Prozent steigen. Die herkömmliche Produktion dieser Metalle hat jedoch erhebliche Umweltauswirkungen. Acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen stammen beispielsweise aus der Stahlindustrie, wodurch sie die Branche mit dem höchsten Treibhausgasausstoß ist. In der Aluminiumproduktion entstehen jährlich etwa 180 Millionen Tonnen Rotschlamm, der ätzend ist und Schwermetalle wie Chrom enthält.

Jetzt haben Forschende eine Lösung gefunden, was man mit dem Abfall, der sonst in Ländern wie Australien, Brasilien und China oft in riesigen Deponien mühsam getrocknet und entsorgt wird, machen kann. Denn: Bei starkem Regen wird der Rotschlamm häufig aus der Deponie gespült, während er bei Trockenheit als Staub durch den Wind in die Umwelt gelangt.

Mithilfe eines Lichtbogenofens wird das im Rotschlamm vorhandene Eisenoxid unter Verwendung von Wasserstoffplasma in Eisen umgewandelt. Durch diese Methode könnte aus den bisher weltweit angesammelten vier Milliarden Tonnen Rotschlamm etwa 700 Millionen Tonnen CO2-freier Stahl gewonnen werden. Dies entspricht etwa einem Drittel der weltweiten jährlichen Stahlproduktion. Das Max-Planck-Team zeigt zudem, dass dieser Prozess auch wirtschaftlich rentabel wäre.

Abfallproblem der Aluminiumproduktion lösen

„Unser Prozess könnte gleichzeitig das Abfallproblem der Aluminiumproduktion lösen und die CO2-Bilanz der Stahlindustrie verbessern“, sagt Matic Jovičevič-Klug, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Immobilien Management Essen GmbH (IME)-Firmenlogo
(Senior) Projektkoordinator (m/w/d) Hochbau & Stadtentwicklung Immobilien Management Essen GmbH (IME)
KRONOS TITAN GmbH-Firmenlogo
RCM Ingenieur - Schwerpunkt Elektrotechnik - (m/w/d) KRONOS TITAN GmbH
Leverkusen Zum Job 
Hochschule für angewandte Wissenschaften München-Firmenlogo
Professur für Fertigungstechnik (W2) Hochschule für angewandte Wissenschaften München
München Zum Job 
Forschungszentrum Jülich GmbH-Firmenlogo
Wissenschaftliche:r Koordinator:in der Graduiertenschule HITEC im Bereich Energie- und Klimaforschung (w/m/d) Forschungszentrum Jülich GmbH
Jülich Zum Job 
GEBHARDT Fördertechnik GmbH-Firmenlogo
Project System Engineer Electrical (m/w/d) GEBHARDT Fördertechnik GmbH
Sinsheim Zum Job 
GEBHARDT Fördertechnik GmbH-Firmenlogo
Project System Engineer Mechanical (m/w/d) GEBHARDT Fördertechnik GmbH
Sinsheim Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Umwelt und Landschaftsplanung Die Autobahn GmbH des Bundes
TenneT-Firmenlogo
Commissioning Coordinator Platform 2GW (all genders) TenneT
Batam (Indonesien) Zum Job 
ECB Gesellschaft zur Optimierung der Nutzung regenerativer Energien mbH & Co. KG-Firmenlogo
Techn. Systemplaner:in / Technische Gebäudeausrüstung (TGA) - Planer:in im Planungsteam Fernwärme (m/w/d) ECB Gesellschaft zur Optimierung der Nutzung regenerativer Energien mbH & Co. KG
Bad Endorf Zum Job 
Technische Hochschule Bingen-Firmenlogo
W2-Professur (m/w/d) Moderne Antriebstechnik und Maschinenelemente Technische Hochschule Bingen
Wirtschaftsbetrieb Hagen AöR-Firmenlogo
Fachbereichsleitung Grün (m/w/d) Wirtschaftsbetrieb Hagen AöR
Heilbronner Versorgungs GmbH-Firmenlogo
Planungsingenieur in den Bereichen Gas und Wasser (m/w/d) Heilbronner Versorgungs GmbH
Heilbronn Zum Job 
Flughafen München GmbH-Firmenlogo
Leiter Elektrotechnik / Stromnetzprojekte (w/m/d) Flughafen München GmbH
Oberding Zum Job 
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur* Energieversorgung DFS Deutsche Flugsicherung GmbH
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieurwesen (w/m/d) Konstruktiver Ingenieurbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Krefeld, Euskirchen, Köln, Essen Zum Job 
Verkehrsbetriebe Karlsruhe GmbH-Firmenlogo
Sachgebietsleiter*in operatives Flottenmanagement - ECM3 Verkehrsbetriebe Karlsruhe GmbH
Karlsruhe Zum Job 
Rhein-Sieg Netz GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Netzentwicklung (m/w/d) Rhein-Sieg Netz GmbH
Siegburg Zum Job 
HNVG  Heilbronner Versorgungs GmbH-Firmenlogo
Teamleiter Planung Anlagen (m/w/d) HNVG Heilbronner Versorgungs GmbH
Heilbronn Zum Job 
KEMNA BAU Andreae GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauleitung (m/w/d) KEMNA BAU Andreae GmbH & Co. KG
Hannover Zum Job 
Brodbeck Service und Verwaltung GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Applikationsbetreuer (m/w/d) Brodbeck Service und Verwaltung GmbH & Co. KG
Metzingen Zum Job 

In einer in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie zeigte das Forscherteam, wie Rotschlamm als wertvoller Rohstoff in der Stahlindustrie genutzt werden kann. Der Abfall der Aluminiumproduktion besteht nämlich zu bis zu 60 Prozent aus Eisenoxid. Die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut schmelzen den Rotschlamm in einem Lichtbogenofen und reduzieren gleichzeitig das darin enthaltene Eisenoxid mithilfe eines Plasmas, das zehn Prozent Wasserstoff enthält. Dieser Prozess dauert lediglich zehn Minuten. Dabei trennt sich das flüssige Eisen von den flüssigen Oxiden und lässt sich anschließend leicht abscheiden. Das gewonnene Eisen ist so rein, dass es direkt zur Herstellung von Stahl verwendet werden kann.

Mittels dieser Methode können die Schwermetalle im Rotschlamm praktisch entschärft werden. „Chrom haben wir nach der Reduktion im Eisen nachgewiesen“, sagt Matic Jovičevič-Klug. „Auch andere Schwer- und Edelmetalle gehen wahrscheinlich ins Eisen oder einen separaten Bereich über. Das werden wir in weiteren Studien untersuchen. Wertvolle Metalle könnte man dann abtrennen und weiterverwenden.“ Die Schwermetalle, die in den verbleibenden Metalloxiden zurückbleiben, sind fest gebunden und können nicht mehr durch Wasser ausgeschwemmt werden, was im Fall von Rotschlamm möglich ist.

1,5 Milliarden Tonnen CO2 einsparen

Die verbleibenden Metalloxide verlieren dabei ihre ätzenden Eigenschaften und erstarren zu einem glasartigen Material, das sich beispielsweise in der Bauindustrie als Füllmaterial verwenden lässt.

„Wenn man aus den vier Milliarden Tonnen Rotschlamm, die bei der weltweiten Aluminiumproduktion bislang angefallen sind, mit grünem Wasserstoff Eisen erzeugen würde, könnte die Stahlindustrie fast 1,5 Milliarden Tonnen CO2 einsparen“, erklärt Isnaldi Souza Filho, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in einer Pressemitteilung.

Die direkte Erzeugung von Eisen aus Rotschlamm soll auch wirtschaftlich rentabel sein, wie das Forschungsteam in einer Kostenanalyse belegt hat. Bereits bei einem Gehalt von 50 Prozent Eisenoxid im Rotschlamm ist der Prozess profitabel, wenn Wasserstoff und ein Strommix aus teilweise erneuerbaren Quellen im Lichtbogenofen verwendet werden. Unter Einbeziehung der Entsorgungskosten des Rotschlamms sind sogar nur 35 Prozent Eisenoxid ausreichend, um den Prozess wirtschaftlich zu gestalten.

Nur geringe Investitionen nötig

„Das sind vorsichtige Abschätzungen, weil die Kosten für die Entsorgung des Rotschlamms wahrscheinlich eher niedrig berechnet sind“, sagt Isnaldi Souza Filho. Aus praktischer Sicht bietet dies einen weiteren Vorteil: Lichtbogenöfen sind in der Metallindustrie, einschließlich Aluminiumhütten, weit verbreitet, da sie dazu verwendet werden, Altmetall zu schmelzen. In vielen Fällen müsste die Branche daher nur geringe Investitionen tätigen, um nachhaltiger zu agieren.

„Uns war es wichtig, in unserer Studie auch die ökonomischen Aspekte zu berücksichtigen“, resümiert Dierk Raabe, Direktor am Max-Planck-Institut für Eisenforschung. „Jetzt kommt es auf die Industrie an, ob sie die Plasmareduktion von Rotschlamm zu Eisen auch einsetzt.“

Hier geht es zur Studie

Ein Beitrag von:

  • Alexandra Ilina

    Alexandra Ilina ist Diplom-Journalistin (TU-Dortmund) und Diplom-Übersetzerin (SHU Smolensk) mit mehr als 20 Jahren Berufserfahrung im Journalismus, in der Kommunikation und im digitalen Content-Management. Sie schreibt über Karriere und Technik.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.