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Stahlproduktion Wasserstoff-basierte Stahlherstellung spart 95 % CO2

Redakteur: Juliana Pfeiffer

Bis 2050 will die Salzgitter AG seine Rohstahlproduktion nahezu auf CO2-frei umstellen. Wie sich dabei die CO2-Emissionen um bis zu 95 % möglichst effizient reduzieren lassen, haben drei Fraunhofer-Institute erforscht.

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Die wasserstoffbasierte Direktreduktion ist eine Schlüsseltechnologie für die CO2-freie Rohstahlproduktion.
Die wasserstoffbasierte Direktreduktion ist eine Schlüsseltechnologie für die CO2-freie Rohstahlproduktion.
(Bild: Fraunhofer IKTS)

Um dem Ziel, bis 2050 CO2-frei Rohstahl zu produzieren, näher zu kommen, reduziert die Salzgitter AG im Rahmen des Salcos-Vorhabens (Salzgitter Low CO2 Steelmaking) mit Kohle das Eisenoxid im Erz. Etwa 7 % des weltweiten CO2-Ausstoßes entfallen auf die Stahlproduktion.

Nutzt man statt der Kohle Wasserstoff 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.

In der vom BMBF geförderten „Machbarkeitsstudie zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Hüttenwerk unter Nutzung Regenerativer Energien“, kurz Marcor, beantworteten drei Fraunhofer-Instituten IKTS, ISI und Umsicht sowie den Salzgitter-Gesellschaften Salzgitter Flachstahl und Salzgitter Mannesmann Forschung, folgende Fragen:

  • 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?

Viermal effizienter: CO2 bei Rohstahlproduktion vermeiden als es aufzufangen

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.

Schlüsseltechnologie: Wasserstoffbasierte Direktreduktion

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. „Die wasserstoffbasierte Direktreduktion ist eine Schlüsseltechnologie zur Reduktion von CO2-Emissionen in der Stahlproduktion. Hier in Sachsen haben wir die Kompetenz, das Thema voranzubringen, insbesondere im Bereich der Hochtemperaturelektrolyse“, ist sich Dr. Matthias Jahn, Abteilungsleiter am Fraunhofer IKTS, sicher. So arbeitet das IKTS federführend mit am Aufbau eines sächsischen Wasserstoff-Kompetenzzentrums, das die Gewinnung von grünem Wasserstoff mit Hilfe der Elektrolyse für die industrielle Produktion vorbereitet.

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.

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