Fachbeitrag Technik
Beispiel eines Abhitzekessels, hier bei Tianjin Pipe Corporation (TPCO) in China - Foto: Tenova
11.12.2019

CO2- und energieoptimierte Kreislaufprozesse – Konzepte für die Zukunft

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Stahl + Technik (Artikelvorschau)

Veränderungen für Nachhaltigkeit und Verringerung des Kohlenstoff-Fußabdrucks

CO2- und energieoptimierte Kreislaufprozesse – Konzepte für die Zukunft

Die europäische Stahlproduktion steht vor einem dramatischen Wandel. Die öffentliche Wahrnehmung und der politische Druck, Veränderungsprozesse in Richtung Nachhaltigkeit und Verbesserung der Klimabilanz einzuleiten, nehmen zu. Der Tenova-Konzern konzentrierte seine Entwicklung schon vor Jahren auf Technologien, die diesen Veränderungs- bzw. Transformationsprozess unterstützen und eine nahezu kohlenstofffreie Produktion möglich machen. Bereits heute sind Technologien verfügbar, die die CO2-Emissionen gegenüber dem konventionellen Stahlherstellungsprozess um bis zu 95 % reduzieren können.

Der vollständige Artikel ist erschienen in STAHL+TECHNIK 1 (2019) Nr. 12, S. 50 ff.

Im Rahmen von Studien und ersten Referenzanlagen konnte nachgewiesen werden, wie mit aktuellen Technologien die Stahlerzeugung ihre Emissionen drastisch senken und damit nachhaltig gestalten kann. Über Direktreduktionsverfahren mit bis zu 100 % Wasserstoffeinsatz (­ENERGIRON), kontinuierlichen Schmelzprozessen zum Recyceln von Schrott (Consteel, FMF, Consteerrer™), flexiblen Energierückgewinnungslösungen für integrierte Kreislaufprozesse sowie neuesten Analyse- und Regelungskonzepten kann die Stahlindustrie bereits heute einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz leisten, sofern politisch als auch gesellschaftlich die Rahmenbedingungen dafür geschaffen werden.

Die klassische, kohlebasierte Hochofenroute wird nicht zuletzt aufgrund der aktuellen Klimadebatte zunehmend kritisch hinterfragt werden und langfristig keine Perspektive besitzen, auch wenn der Hochofen- / Konverterprozess (BF/BOF) derzeit noch das weltweit dominierende Verfahren darstellt. Die aktuelle Debatte um die Auswirkungen der CO2-Emissionen und damit verbundene Genehmigungsverfahren für neue Anlagen und deren potenzielle Auswirkungen auf die öffentliche Wahrnehmung sind Faktoren, mit denen sich die Eisen- und Stahlindustrie schon heute beschäftigen muss, um die Weichen für morgen zu stellen. Speziell der europäische Emissionshandel (ETS) und die dadurch steigenden Produktionskosten machen es der lokalen Stahlindustrie schwer, international wettbewerbsfähig zu bleiben. Hinzu kommen schwankende Rohstoffverfügbarkeiten und steigende Energiepreise, höhere Anforderungen an Produktqualitäten, volatile Marktbedingungen in einem protektionistisch geprägten Umfeld, strengere Umweltauflagen bzw. forcierte Ziele zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen sowie der Themenkomplex Wasserstoff als Medium der Zukunft.

Insbesondere drei Faktoren sind für langfristige Strategien zu berücksichtigen:

  • Der weltweite Stahlbedarf wird langfristig zu ca. 70–80 % durch recycelten Stahlschrott gedeckt werden können und nur ca. 20 % müssen durch Eisenerz ersetzt werden, wenn man das weltweite Wirtschaftswachstum und den damit verbundenen Produktlebenszyklus in den Schwellenländern berücksichtigt. Mittelfristig wird der Schrottanteil in der Stahlproduktion bei etwa 50–60% liegen, abhängig von den zu produzierenden Qualitäten. Beispielsweise ging die Einfuhr Chinas von Stahlschrott im September 2019 erstmals gegen null, ein klares Indiz für ansteigende Schrottverfügbarkeiten (siehe Produktlebenszyklen) und effizientere Recyclingprozesse.
  • Strengere Umweltauflagen werden die Eisen- und Stahlhersteller, angetrieben von Politik und Gesellschaft, zwingen, kohlenstoffintensive und ineffiziente Industrieprozesse in nachhaltige und umweltfreundliche Lösungen umzuwandeln. Die Stahlerzeugung zeichnet für ca. 7–9 % (variierend je nach Datenbasis und Systemgrenze) der durch Menschen gemachten weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Auch China, derzeit mit Abstand größter Stahlproduzent (Anteil Hochofenroute 85 %), hat Ziele für die Reduktion von Emissionen ausgegeben, denn besonders in den Städten sind die Effekte der Luftverschmutzung deutlich spürbar. Somit muss eine politisch motivierte radikale Abkehr von der klassischen Stahlerzeugungsroute zumindest mittelfristig in Betracht gezogen werden. Dies hätte richtungsweisende Effekte für die weltweite Stahlproduktion.
  • Der massive Ausbau von Elektrolysekapazitäten vor allem in Asien ebnet den Weg in das Wasserstoffzeitalter. Zusätzliche Investitionen in „Green Power“ (allein in China wurden in den letzten zwei Jahren ca. 2 GW an erneuerbaren Energien installiert) unterstützen diesen Prozess. Die Tatsache, dass in der Eisenmetallurgie Kohlenstoff in Reduktionsprozessen durch Wasserstoff ersetzt werden kann, definiert damit automatisch den Stahlerzeugungsprozess der Zukunft.

Autoren: Dr.-Ing. Markus Dorndorf, Produktmanager Stahlerzeugungstechnologien; Christian Schrade, Geschäftsführer, LOI Thermprocess GmbH, Essen.

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Schlagworte

EmissionenEnergieeffizienzStahlproduktionUmweltschutz

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