Warum grüner Stahl am Eisenerz scheitern könnte – und nicht am Wasserstoff
Minderwertige Erze könnten zum Showstopper für grünen Stahl werden: Ohne neue Verfahren scheitert die wasserstoffbasierte Produktion am Eisenerz.
Wasserstoff-Drehrohrofen im namibischen Oshivela: Unter Leitung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erforscht hier das Konsortium SuSteelAG die Stahlproduktion mit Wasserstoff – auch mit Erzen niedriger Qualität.
Foto: HyIron
Ob die Transformation der Stahlindustrie gelingt, hängt am Wasserstoff und – weniger bekannt – am Eisenerz. Grüner Stahl lässt sich mit minderwertigem Eisenerz – das ist Erz mit geringem Eisenanteil – in heutigen Hüttenwerken nicht produzieren.
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Anlagenvergleich: Direktreduktion vs. Hochofen
Das liegt an der Anlagentechnik. Die Basis der Grünstahlproduktion ist die Direktreduktionsanlage, die den CO2-intensiven Hochofen ersetzt. Dieser nutzt Steinkohle als Energieträger und Reduktionsmittel; die Stahlindustrie ist für annähernd 7 % der anthropogenen CO2-Emissionen verantwortlich. Im Hochofen produzieren die Stahlkonzerne aus dem Bergbauprodukt Eisenerz das Eisen für ihre Stahlwerke. Das gilt auch für die Direktreduktionsanlage, wobei hier als Reduktionsmittel Wasserstoff und Erdgas in Frage kommen. Der Umstieg von der Hochofen- auf die Direktreduktionsroute macht den Kern der Transformation der Stahlindustrie aus.
Es gibt ein Problem. Im Hochofen gelangen die Verunreinigungen aus dem Erz in flüssiger Form in die Schlacke und können beim Abstich abgetrennt werden. In der Direktreduktionsanlage entsteht ebenfalls aus Eisenerz Eisen, allerdings ist das Material stets fest. Verunreinigungen können deshalb nicht mit der Schlacke entfernt werden. Deshalb müssen die Hüttenwerke für ihre Direktreduktionsanlagen spezielle stückige Eisenträger einkaufen. Die Herstellung dieser Pellets verursacht viel CO2-Emissionen.
Forschungsprojekt SuSteelAG untersucht neue Art der Eisenreduktion
Um dieses Problem zu lösen, erforschen die Partner des SuSteelAG-Projekts unter der Leitung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie sich auch minderwertige Eisenerze für die Grünstahlproduktion nutzen lassen. Auf der Demonstrationsanlage in Oshivela, Namibia, kommt keine klassische Direktreduktionsanlage zum Einsatz, sondern ein Trommelofen, der Wasserstoff als Reduktionsmittel nutzt. Daran schließt sich eine Brikettieranlage an. Laut BAM entfällt der Aufwand für die Pelletierung und Trocknung; die Emissionen sinken.
Das SuSteelAG-Projekt steht für eine Kehrtwende in der Stahlindustrie: Das Eisen könnte in Zukunft nicht mehr in Deutschland produziert werden. Stattdessen könnte die Eisenerzreduktion in die Nähe der Eisenerzminen verlagert werden. Oft sind diese in Regionen mit einem großen Potenzial an erneuerbaren Energien, zum Beispiel in Brasilien, Schweden, Australien, Kanada und Südafrika. Für die Eisenreduktion und die Brikettierung könnte also vergleichsweise günstige Solarenergie genutzt werden.
Laut BAM ergäben sich zwei Vorteile. Erstens entfielen die Transporte der Reduktionsgase zu den Hüttenwerken. Thyssenkrupp, Salzgitter und Co. wären nicht mehr auf günstigen Wasserstoff aus dem deutschen Leitungsnetz angewiesen. Ohnehin ist fraglich, ob dieser Wasserstoff bezahlbar wäre. Zweitens würde der Energiebedarf in Ländern wie Deutschland reduziert.
Minderwertige Erze für grünen Stahl
Im SuSteelAG-Projekt testen die Partner verschiedene Erzqualitäten mit teils niedrigen Eisengehalten zwischen 55 % und 70 %. Diese fallen bislang für eine wirtschaftliche Nutzung aus.
Im Projekt soll das australische Bergbauunternehmen Fortescue die Nutzung diverser Erzqualitäten optimieren und in großtechnische Verfahren überführen. Das Projekt umfasst auch den Aufbau einer Lieferkette nach Deutschland.
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