Klimafreundlicher Stahl CO2 im Hochofen recyceln – Ingenieure entwickeln Übergangslösung

Von Birte Vierjahn*

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Die Stahlherstellung ist der größte CO2-Emittent in der Industrie. Langfristig sollen Direktreduktionsanlagen als alternatives Verfahren die Treibhausgasemissionen hier drastisch senken. Damit schon in der Übergangsphase CO2 eingespart werden kann, entwickelt ein Team an der Uni Duisburg-Essen ein Konzept, entstehendes CO2 im Stahlwerk zu recyceln.

Koksofen im integrierten Hüttenwerk von Thyssenkrupp Steel Europe in Duisburg-Bruckhausen: Hier werden flüchtige Kohlenwasserstoffe aus der Kohle entfernt, um Kohlenstoff für den Einsatz im Hochofen zu gewinnen.
Koksofen im integrierten Hüttenwerk von Thyssenkrupp Steel Europe in Duisburg-Bruckhausen: Hier werden flüchtige Kohlenwasserstoffe aus der Kohle entfernt, um Kohlenstoff für den Einsatz im Hochofen zu gewinnen.
(Bild: worldsteel/thyssenkrupp steel, Germany)

Duisburg, Essen – Rund 30 Prozent der industriellen Treibhausgasemissionen stammen aus der Stahlindustrie. Bezogen auf die Gesamtemissionen in Deutschland ist die Stahlbranche für 6 Prozent verantwortlich. Dies schreibt das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz in einer Pressemeldung vom Juni 2021.

Damit die Branche zukunftsfähig bleibt, sollen die großen Stahlkonzerne ihre Produktion in den kommenden Jahrzehnten auf Direktreduktionsanlagen umstellen, die zunächst mit Erdgas und später mit Wasserstoff betrieben werden sollen. Dabei wird Eisenerz mithilfe von Wasserstoff zu Eisen reduziert. Das anschließende Einschmelzen funktioniert mit regenerativ hergestelltem Strom. Die dabei entstehenden CO2-Emissionen sind mit ca. 30 kg pro Tonne Rohstahl zu vernachlässigen – verglichen mit den 1500 bis 1700 kg CO2 pro Tonne Rohstahl aktuell. Doch es wird noch Jahrzehnte dauern, bis die entsprechende Infrastruktur komplett steht – von der Wasserstofferzeugung bis zur überwiegend CO2-freien Stromerzeugung.

Übergangsphase bereits klimafreundlich gestalten

In der Übergangsphase entsteht bei der Direktreduktion hochreines CO2 als Nebenprodukt, das in Hochöfen wiederverwendet werden soll, denn in den nächsten 20 bis 30 Jahren wird es ein Nebeneinander des klassischen und des neuen Verfahrens geben.

Ingenieure der Universität Duisburg-Essen (UDE) entwickeln daher zusammen mit Thyssenkrupp Steel Europe und der TU Clausthal ein Konzept, wie CO2 schon kurzfristig direkt im Prozess recycelt werden kann. Ziel des Projekts Nucowin ist es, die grundsätzlichen Fragen der Prozess- und Anlagentechnik zur Umsetzung in den industriellen Maßstab zu beantworten.

„Die große Herausforderung liegt darin, innerhalb der Transformation in der Stahlindustrie, aber auch in anderen industriellen Bereichen, wirtschaftliche Prozesse zu entwickeln, die kein CO2 mehr in die Atmosphäre abgeben“, erklärt Projektleiter Prof. Rüdiger Deike vom UDE-Institut für Technologien der Metalle. „Dazu sollte man verstehen: Aufgrund ihrer hohen Energiedichte werden Kohlenstoffverbindungen weiterhin unverzichtbar sein, das CO2 bleibt aber im Kreislauf.“

Innerhalb des Förderprogramms „KlimPro: Vermeidung von klimarelevanten Prozessemissionen in der Industrie“ fördert das Bundesforschungsministerium das nun gestartete Projekt für drei Jahre mit insgesamt 1,2 Mio. Euro.

* B. Vierjahn, CENIDE - Center for Nanointegration Duisburg-Essen, 47057 Duisburg

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