Stahlindustrie
Stahl wird aufgrund seiner Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Verformbarkeit und Widerstandsfähigkeit nahezu in jedem Gebäude, Haushaltsgerät oder Fahrzeug verbaut.
Die deutsche Stahlindustrie produzierte im Jahr 2017 etwa 43 Millionen Tonnen unbehandelten Rohstahl und emittiert dadurch circa 55 Millionen Tonnen CO2. Das entspricht 40 Prozent der gesamten Industrieemissionen Deutschlands. Ein Großteil des Kohlendioxidausstoßes entsteht prozessbedingt durch die Verbrennung von Koks. Weitere relevante Emissionen sind auf die Nutzung von elektrischem Strom aus fossilen Energieträgern zurückzuführen. Die Stahlindustrie gehört damit zu den energieintensiven Industrien.
Technologiewechsel als Voraussetzung für die vollständige Dekarbonisierung
Die Branche arbeitet kontinuierlich daran, ihre Klimaemissionen zu reduzieren und setzt dazu auf Effizienzsteigerungen. Mit den bisher erprobten Technologien können weitere CO2-Einsparungen erreicht werden. Allerdings reicht deren Einsparpotenzial nicht aus, um eine vollständige Dekarbonisierung der Rohstahlerzeugung umzusetzen. Dafür ist ein vollständiger Technologiewechsel notwendig, der eine Alternative zur klimaintensiven Hochofenroute bietet.
Die aussichtsreichste Option zur Verminderung der CO2-Emissionen ist der Verzicht auf Koks, mit dem Eisenerz im Hochofen reduziert wird. Bei der sogenannten Direktreduktion wird stattdessen Wasserstoff als Reduktionsmittel eingesetzt. Übergangsweise ist auch die Nutzung von Erdgas oder Gasgemischen möglich. So können bereits erhebliche Minderungen erreicht werden. Der hierbei erzeugte Eisenschwamm kann anschließend in einem Elektrolichtbogenofen zu Stahl eingeschmolzen werden.
Weitere Optionen zielen darauf ab, prozessbedingt entstandene CO2-Emissionen abzuscheiden und zu speichern (Carbon Capture and Storage – CCS) oder einer anderen industriellen Nutzung zuzuführen (Carbon Capture and Usage – CCU). Dazu diskutiert die Branche derzeit verschiedene Kombinationen der Technologien. Die Verfahren haben aber alle einen sehr hohen zusätzlichen Energiebedarf und können nur in begrenztem Umfang CO2 abscheiden.
Anstehende Reinvestitionen als Chance für die Transformation nutzen
Herausforderungen bestehen für die Stahlindustrie unter anderem in den jahrzehntelangen Investitionszyklen. Für etwa die Hälfte der deutschen Hochöfen steht eine Reinvestition bis zum Jahr 2030 an. Daher müssen die Grundlagen für die Transformation zur Treibhausgasneutralität in den kommenden Jahren geschaffen werden. Für die Umsetzung ist es zwingend erforderlich, dass technische und regulatorische Anforderungen bedacht werden. So müssen erneuerbare Energien und grüner Wasserstoff in ausreichender Menge am Produktionsort zur Verfügung stehen. Da es keine Qualitätsunterschiede zwischen treibhausgasneutral erzeugtem und konventionell erzeugtem Stahl gibt, ist eine marktregulatorische Aufwertung des klimaneutralen Produkts nötig. Auch müssen vorhandene metallurgische Schwierigkeiten bei der wasserstoffbasierten Direktreduktion durch gezielte Forschung behoben werden. Für die Ansätze von CCS und CCU ist es notwendig, die Speicherung und die realen Einsatzmöglichkeiten von CO2 in anderen Industrien zu klären.
Beispiele aus der Praxis
Siderwin
Siderwin ist ein europäisches Projekt im Rahmen des Förderprogramms „Horizon 2020“. In einem elektrolytischen Prozess soll Eisenerz zu Eisen reduziert werden, ohne dass ein CO2-haltiges Reduktionsmittel eingesetzt wird. Bis September 2022 wird in Frankreich eine Pilotanlage errichtet, die sowohl einen Prototyp einer Elektrolysezelle untersucht als auch den Einsatz von erneuerbarer Energie im Prozess.
HYBRIT
HYBRIT ist eine Initiative, die 2016 von SSAB, LKAB und Vattenfall gegründet wurde, um die wasserstoffbasierte Stahlherstellung voranzubringen. 2020 wurde im schwedischen Luleå die erste Pilotanlage für die Herstellung von CO2-freiem Eisenschwamm (Direct Reduced Iron – DRI / Hot Briquetted Iron – DRI) in Betrieb genommen. Insgesamt kann das Projekt die CO2-Emissionen in Schweden um zehn Prozent, in Finnland um sieben Prozent reduzieren.
Studien zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie
Low Carbon Roadmap (Eurofer, 2019)
Low Carbon Roadmap – Pathways to a CO2-neutral European steel industry
Zusammenfassung
- Eurofer repräsentiert, als European Steel Association mit Sitz in Brüssel, die gesamte Stahlproduktion in der Europäischen Union.
- Die Roadmap enthält einige der Schlüsselelemente, die den Übergang zu einer klimaneutralen europäischen Stahlindustrie bis 2050 ermöglichen.
- Die verschiedenen technologischen Optionen sowie notwendige Rahmenbedingungen werden beleuchtet.
Fazit
Der zusätzliche Energiebedarf wird im Jahr 2050 etwa 400 TWh CO2-freien Strom betragen – etwa das Siebenfache dessen, was der Sektor derzeit einkauft.
Handlungskonzept Stahl (Deutsche Bundesregierung, 2020)
Handlungskonzept Stahl – Für eine starke Stahlindustrie in Deutschland und Europa
Zusammenfassung
- Politisches Konzept, um für klimaneutralen Stahl Chancengleichheit auf dem globalen Markt zu schaffen
- Carbon-Leakage-Schutz soll gestärkt, Leitmärkte und "Contracts for Difference" etabliert werden
- Betonung der energiewirtschaftlichen Bedingungen und Kreislaufwirtschaft