Grüner Wasserstoff für eine emissionsfreie Stahlerzeugung

Entwicklung Rohstahlproduktion Deutschland, © LBST
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Grüner Wasserstoff ist die Zukunft der deutschen Stahlindustrie, die gegenwärtig durch die Herausforderungen des Klimaschutzes und des zunehmenden internationalen Wettbewerbs vor großen Veränderungen steht. Durch die H2-basierte Stahlerzeugung mittels Direktreduktion (DR) können einerseits die Treibhausgasemissionen (THG) im Stahlsektor nahezu vermieden und andererseits die Innovationsstärke der deutschen Industrie erneut unter Beweis gestellt werden. In diesem Zusammenhang beschäftigt sich eine neue Analyse der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST) in Form einer Metastudie im Auftrag des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verbands (DWV) und in Zusammenarbeit mit der Fachkommission HySteel mit der Rolle von grünem Wasserstoff im Stahlsektor.

Die Kernaufgabe der Studie bestand in einer detaillierten Diskussion der folgenden Fragestellungen: Wie kann sich der H2-Bedarf der Stahlindustrie in Deutschland bis 2045 entwickeln? Was sind die technischen, ökonomischen und ökologischen Parameter einer nachhaltigen Rohstahl-Wertschöpfungskette in Deutschland? Hierfür wurden entsprechende Studien der letzten Jahre ausgewertet und zusätzlich technisch und strategisch vertiefende Gespräche mit Vertretern der Fachkommission HySteel geführt.

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Technologiepfade für die Stahlherstellung
Die Rohstahlproduktion in Deutschland erfolgt heute mithilfe der integrierten Stein- bzw. Kokskohle-basierten Erschmelzung von Roheisen im konventionellen Hochofen (Blast Furnace, BF) mit anschließender Sauerstoff-Aufblaskonversion (Basic Oxygen Furnace, BOF) zur Einstellung des Kohlenstoffgehalts. Dabei geht ein Großteil der untersuchten Studien davon aus, dass die jährliche Rohstahlproduktion in Deutschland ihr Niveau von etwa 40 Megatonnen (Mt) Rohstahl halten wird. Die Stahlproduktion war damit im Jahr 2018 für etwa sieben Prozent der deutschen CO2-Emissionen verantwortlich.

Eine Abkehr von (Koks-)Kohle und der Einsatz von (grünem) Wasserstoff als Reduktionsmittel sind daher langfristig unumgänglich. Kurzfristig stellt auch die Direktreduktion von Eisenerz mithilfe von Erdgas (CH4-DR) eine Option zur THG-Emissions-Reduktion dar. Im Jahr 2019 wurde so weltweit bereits ein großer Teil der rund 108 Mt DRI (Eisenschwamm) hergestellt.

Die Weiterverarbeitung des so hergestellten Eisenschwamms zu Rohstahl erfolgt in geeigneten Schmelzaggregaten (heute hauptsächlich Elektrolichtbogenöfen, EAF). Um jedoch die Klimaschutzziele bis 2045 zu erreichen, muss die Rohstahlerzeugung mithilfe grünen Wasserstoffs (H2-DR) erfolgen, mit Weiterverarbeitung des Eisenschwamms im elektrischen Lichtbogenofen unter Verwendung erneuerbaren Stroms.[…]

… gekürzte Online-Version
Den kompletten Fachbericht finden Sie in der aktuellen Ausgabe des HZwei-Magazins.

Autoren: Dr. Jan Michalski, Christopher Kutz – beide Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, Ottobrun; Dr. Ulrich Bünger – Selbstständiger Berater Erneuerbare Energien, Dießen am Ammersee & Dr. Michael Ball – Selbstständiger Berater Wasserstoff-Energietechnik, Den Haag

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