Grüner Stahl nahe am arktischen Polarkreis

Fossilfreie Reduktion von Eisenerz zu Eisenschwamm

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CO2-Emissionen
Stahl wird seit Jahrhunderten in Hochöfen aus Eisenerz und Koks gewonnen. Doch die Kohleverbrennung ist eine Quelle von Kohlendioxid, das den Klimawandel vorantreibt. Nach Angaben der World Steel Association wurde mit jeder Tonne Stahl, die im Jahr 2020 produziert wurde, fast doppelt so viel Kohlendioxid in die Atmosphäre ausgestoßen. Der Anteil der Stahlherstellung an den weltweiten CO2-Emissionen im Jahr 2020 betrug damit etwa 7–8 %.

In Schweden ist ein einziges Unternehmen für etwa 10 % der CO2-Emissionen des Landes verantwortlich. Die Rede ist vom Stahlwerk SSAB.

Nun wird in der nordschwedischen Stadt Lulea, in der das SSAB Luleåverken die Industrie dominiert, an der Reduzierung der Kohlenstoffemissionen bei der Stahlproduktion gearbeitet. In einer Hightech-Pilotanlage wird ein Teil der Verbrennung von Kokskohle auf Wasserstoff aus erneuerbaren Energien umgestellt.

HYBRIT-Initiative für eine fossilfreie Eisen- und Stahlproduktion

Als Gemeinschaftsunternehmen von SSAB, dem Bergbauunternehmen LKAB und dem staatlichen schwedischen Energieversorger Vattenfall wurde im Jahr 2016 HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) ins Leben gerufen, um eine fossilfreie Wertschöpfungskette für die Eisen- und Stahlproduktion zu entwickeln. Bei der HYBRIT-Technologie wird das traditionelle Hochofenverfahren durch ein Direktreduktionsverfahren ersetzt, bei dem fossilfreier Wasserstoff zum Einsatz kommt. Dieser wird wiederum mit Strom aus fossilfreien Energiequellen aus Wasser hergestellt. Anstelle von Kohlendioxid entsteht Wasserdampf – ein zentraler Schritt für eine fossilfreie Eisen- und Stahlproduktion. 

"Die Kosten für erneuerbare und fossilfreie Energie sind dramatisch gesunken, und gleichzeitig ist das Bewusstsein für die Reduzierung der globalen Emissionen gestiegen und das Pariser Abkommen 2015 in Kraft getreten", sagt Mikael Nordlander, Director Industry Decarbonisation bei Vattenfall. "Wir haben erkannt, dass wir jetzt die Chance haben, die direkte Nutzung fossiler Brennstoffe in der Industrie mit diesem Strom aus fossilfreien Quellen zu schlagen."

Im vergangenen Jahr hat die Anlage mit der ersten kommerziellen Lieferung begonnen. Die Volvo-Gruppe ist der erste Automobilhersteller, der mit HYBRIT zusammenarbeitet. Kerstin Enochsson, Leiterin der Beschaffungsabteilung bei Volvo Cars, erklärt, dass Stahl mit einem Anteil von 20 bis 35 % in die CO2-Bilanz der Fahrzeuge eingehe. Daher reiche es nicht aus, nur die Auspuffemissionen zu bekämpfen. "Wir müssen uns auch auf das Auto selbst konzentrieren", sagte sie.

Die Nachfrage anderer Unternehmen, darunter Volkswagen, signalisiert ebenfalls den Bedarf an grünem Stahl.

Die HYBRIT-Initiative hat nun offiziell die Unterstützung der Europäischen Union als eines von sieben innovativen Projekten im Rahmen des Innovationsfonds. Das Projekt erhält insgesamt 143 Mio. EUR für die Demonstration einer vollständigen Wertschöpfungskette für die wasserstoffbasierte Eisen- und Stahlerzeugung im industriellen und kommerziellen Maßstab.

Beim HYBRIT-Verfahren reagieren Eisenerzpellets mit Wasserstoffgas und werden zu einem kugelförmigen "Eisenschwamm" reduziert. Der Name kommt von den Poren, die nach dem Entzug von Sauerstoff zurückbleiben. Der Eisenschwamm wird dann in einem Elektroofen geschmolzen. Wird bei diesem Verfahren grüner Wasserstoff verwendet, entsteht kein CO2.

"Wir erhalten Eisen und Wasserdampf", sagt Martin Pei, Chief Technology Officer von SSAB. "Der Wasserdampf kann kondensiert, rezirkuliert und im Prozess wiederverwendet werden.“

"Stahl ist ein hervorragendes Baumaterial. Es ist auch möglich, Stahl immer wieder zu recyceln. Das einzige Problem ist, dass die derzeitige Art der Stahlherstellung aus Eisenerz zu viel CO2 freisetzt", führt Pei weiter aus. "Wir lösen wirklich die Hauptursache der Kohlendioxidemissionen bei der Stahlherstellung."

Grüner Strom als größte Herausforderung

Die schwedische Stahlindustrie will bis 2045 ohne fossile Brennstoffe auskommen. SSAB hat im Januar seine eigenen Pläne vorgestellt, demnach die Stahlproduktion bis 2030 weitgehend CO2-frei sein soll.

Nach Angaben der World Steel Association finden jedoch über 70 % der weltweiten Stahlproduktion in Asien statt, wo die Stahlerzeuger keinen Zugang zu denselben Mengen an altem Stahlschrott haben wie in Ländern, die schon länger industrialisiert sind. Dies ist ein Grund, warum die durchschnittlichen Emissionen pro Tonne Stahl dort höher sind.

Laut Filip Johnsson, Professor für Energietechnik an der Chalmers-Universität in Göteborg, können die großen Mengen an erneuerbarem Strom, die zur Herstellung von Wasserstoff und sauberem Stahl erforderlich sind, die Einführung des HYBRIT-Verfahrens in anderen Teilen der Welt erschweren. "Ich würde sagen, dass die größte Herausforderung darin besteht, eine große Menge an Strom zu bekommen und diesen auch ständig bereitzustellen", sagte er.

Die kleine Pilotanlage in Lulea ist noch eine Forschungseinrichtung und hat bisher nur ein paar hundert Tonnen produziert. Es ist geplant, eine größere Demonstrationsanlage zu errichten und bis 2026 mit dem kommerziellen Betrieb zu beginnen.