Die Nichteisenmetallindustrie (kurz: NE-Metallindustrie) ist Zulieferer für viele Lebensbereiche und Branchen. So kommen beispielsweise Aluminium, Kupfer und NE-Gussteile im Gesundheitswesen für die Herstellung von Medizintechnik zum Einsatz. In der Lebensmittelindustrie wird Aluminium für die Verkleidung von Verpackungen genutzt und verlängert damit die Haltbarkeit der Produkte. Als essentieller Bestandteil von Windkraftanlagen sind Nichteisenmetalle zudem unerlässlich für eine umweltfreundliche Stromerzeugung. So wird Kupfer für den Betrieb der Generatoren benötigt und eine Außenbeschichtung aus Zink sorgt für einen dauerhaften Korrosionsschutz der Windräder.
Hoher Elektrifizierungsgrad bei der Herstellung von Nichteisenmetallen
Je nach Produktionsvolumen emittiert die NE-Metallindustrie bis zu 3,5 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente pro Jahr. Das entspricht rund 2 Prozent der gesamten industriellen Treibhausgasausstöße. Davon entstehen circa 1,1 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente prozessbedingt. Dieser Anteil ist im Vergleich zu den anderen energieintensiven Branchen relativ gering, da bereits ein hoher Elektrifizierungsgrad in der NE-Metallherstellung vorherrscht.
Verbesserung der Klimabilanz durch hohe Recyclingquote
Viele Unternehmen der Branche optimieren bereits seit Jahrzehnten ihre Energieeffizienz. So wurden die CO2-Emissionen der NE-Metallindustrie von 14,3 Millionen Tonnen CO2-Äquivalenten im Jahr 2000 auf aktuell 3,1 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente verringert. (2022, Datenabfrage WV Metalle, Statista „Treibhausgasemissionen des Industriesektors in Deutschland nach Branchen im Jahr 2021“) Das entspricht einer Reduktion von 75 Prozent des Ausgangswertes. Verbesserungen werden durch den stetig steigenden Einsatz von Recyclingmaterial erzielt. So beträgt der Energieaufwand zur Herstellung einer Tonne Sekundäraluminium nur 5 Prozent im Vergleich zur Primäraluminium-Produktion. Bei der Erzeugung von Rohaluminium liegt der Anteil an Sekundärrohstoffen bei 58 Prozent, bei der Herstellung von Kupfer sind es immerhin 44 Prozent. In Zukunft wird eine weitere Erhöhung der Recyclingquote angestrebt.
Treibhausgasminderung durch Elektrifizierung
Die technologischen Minderungspotenziale des Treibhausgasausstoßes sind industriespezifisch. Allerdings übernimmt die Herstellung von Primäraluminium innerhalb der NE-Metallindustrie eine Vorreiterrolle, da der Prozess bereits zu über 80 Prozent mittels elektrischer Energie durchgeführt wird. Weitere nicht-elektrifizierte Bereiche umfassen u. a. die Prozesswärmeerzeugung. Hier kommen überwiegend Brennstoffe zum Einsatz, die durch kontrolliertes Erwärmen und Abkühlen die metallurgischen Qualitäten des Rohstoffes erzeugen. Bei weiteren Prozessen ist beispielsweise der Einsatz von Biomasse aber auch von synthetischen Brennstoffen möglich
Forschung zur CO2-freien Aluminium- und Kupferproduktion
Aktuelle Forschungen beschäftigen sich damit, die Aluminiumprimärproduktion CO2-frei zu gestalten. Für die Herstellung einer Schmelze muss daher ein Brennmaterial Verwendung finden, das keine Treibhausgasemissionen erzeugt. Geprüft wird, inwieweit Kohlenstoffanoden durch inertes Anodenmaterial ersetzt werden kann, sodass Sauerstoff anstelle von CO2 freigesetzt wird. Allerdings gibt es dazu noch kein Verfahren im industriellen Maßstab.
Im Bereich der Kupferproduktion wird derzeit der industrielle Einsatz von Wasserstoff erforscht. Allerdings ist auch dieses Verfahren noch nicht in der industriellen Praxis anwendbar.
Klimafreundliche Verfahren müssen in der Praxis erprobt und gefördert werden
Viele Prozesse der NE-Metallerzeugung sind bereits optimiert. Weitere Maßnahmen zur Verbesserung der Klimabilanz sind zwar technisch möglich, z. B. der Umbau zu elektrifizierten Schmelzöfen, allerdings aus betriebswirtschaftlicher Sicht nicht lukrativ. Hierfür müssen Investitionsanreize geschaffen und operative Kosten in Form von Klimaschutzverträgen übernommen werden.
Einen wesentlichen Einfluss auf die Verringerung des CO2-Fußabdrucks hat zudem die Verfügbarkeit von grünem Strom. Durch eine vollständige Abdeckung der elektrifizierten Prozesse mit CO2-freiem Strom ließen sich Schätzungen zu Folge die Hälfte der Kohlenstoffdioxidemissionen einsparen. Ein dauerhaft niedriger Industriestrompreis würde zudem die Umstellung gasbefeuerter Öfen auf strombasierte begünstigen.
Kontakt
Dr.-Ing.
Remo Tiedemann
Referent für Stahl- und Nichteisenmetallindustrie, Gießereien, Energiewirtschaft und Wasserstoff
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Praxisbeispiele
CO2-freie Aluminiumproduktion
Die TRIMET Aluminium SE entwickelt in Zusammenarbeit mit dem isländischen Unternehmen Arctus Aluminium Ltd. ein innovatives Verfahren zur Aluminiumherstellung mit mehreren vertikalen inerten Anoden und Kathoden in einem Niedertemperatur-Elektrolyten (800 Grad Celsius). Da keine Kohlenstoffanoden verwendet werden, wird Sauerstoff anstelle von CO2 freigesetzt. Das inerte Anodenmaterial wird in Zusammenarbeit mit der Universität des Saarlandes (USAAR) entwickelt.
Wasserstoff als Reduktionsmittel für Kupferproduktion
Die Firma AURUBIS untersucht, wie Wasserstoff effizient in die Kupferproduktion eingebunden werden kann. Im Anodenofen kann es Erdgas als Reduktionsmittel ersetzen, und erhöht damit die Reinheit des Kupfers. Als Nebenprodukt entsteht Wasserdampf.