Einsparpotenziale bei der Stahlproduktion

Etwa 5% der Treibhausgasemissionen der Europäischen Union sind auf die Stahlindustrie zurückzuführen. Insbesondere bei der Gewinnung von Rohstahl entstehen erhebliche Mengen an CO2 als Nebenprodukt. Das Fraunhofer IKTS (Institut für Keramische Technologien und Systeme) hat deshalb die Minderung der Emissionen durch elektrolysegestützte Direktreduktion unter Nutzung erneuerbarer Energien untersucht. Gegenwärtig wird Roheisen nahezu ausschließlich über die Hochofenroute hergestellt. Der Sauerstoff aus dem Eisenerz wird dabei mittels Koks reduziert, wobei CO2 entsteht. Eine großtechnische Alternative ist der sog. Direktreduktionsprozess (Direct Reduced Iron - DRI), bei dem zwar ebenfalls CO2 als Nebenprodukt entsteht, allerdings deutlich weniger, weil als Reduktionsmittel Erdgas verwendet wird. Bei der Reaktion entsteht Wasserstoff, der ebenfalls mit dem Sauerstoff des Eisenoxids (zu Wasser) reagiert, wodurch weniger Sauerstoff mit dem Kohlenstoff zu CO2 umgewandelt wird. Zukünftig kann dieser Prozess ohne fossile Energieträger auskommen. Dafür werden die für den Reduktionsprozess entscheidenden Gase (Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid) mittels Hochtemperaturelektrolyse (Solid Oxide Electrolysis) bereitgestellt. Da die Beimischung prozesstechnisch nur bis zu einem Anteil von 70 Vol.-% sinnvoll ist, hat das Fraunhofer IKTS neuartiges Prozesskonzept entwickelt. Sie nutzen die Fähigkeit der Hochtemperaturelektrolyse auch CO2 umzuwandeln. Im Direktreduktionsprozess ohnehin abgetrenntes Kohlenstoffdioxid wird dem Elektrolyseur mit Wasser zugeführt. So entstehen die beiden Reduktionsmittel Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Bei gleichem Substitutionsanteil können so die CO2 Emissionen im Vergleich zur reinen Wasserstoffsubstitution noch weiter gesenkt werden, was die benötigte Energiemenge deutlich reduziert. Der Prozesstechnische Grenzwert kann dadurch von 70 auf 85 vol. -% verschoben werden, wodurch noch weniger Erdgas benötigt wird. Große Potenziale für die Klimaschutzziele bietet darüber hinaus die Tatsache, dass bei eine Erdgassubstitution von mehr als 70 vol.-% das gekoppelte System aus Hochtemperaturelektrolyse und Direktreduktionsanlage die Roheisenproduktion sogar als CO2 Senke betrieben werden kann. Damit ist zukünftig auch der komplette Verzicht auf fossile Kohlenstoffträger möglich.