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Die Metallindustrie steht an einem Scheideweg. Was sie produziert, ist für alle modernen Gesellschaften heute und in Zukunft unverzichtbar. Aber ihre derzeitigen Produktionstechniken sind nicht zukunftsfähig, weil sie zu viele CO2-Emissionen verursachen. 

Knapp zehn Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen gehen auf die Herstellung und Verarbeitung von Stahl, Aluminium, Kupfer und anderen Nichteisenmetallen zurück. Die gute Nachricht lautet: Der Weg zur Klimaneutralität im Bereich der Metalle ist bereits klar zu erkennen.

Auf dem Weg zur klimafreundlichen Produktion

Die technologischen Potenziale für eine kohlenstoffneutrale und nachhaltige Metallindustrie sind immens. Wir haben uns zur Aufgabe gemacht, diesen Weg für unsere Kunden zu bereiten und die Transformation der Metallindustrie voranzutreiben. Dies gilt nicht nur für die Produktion, sondern auch für das Recycling. Denn die Wiederverwertung von Metallen spielt eine Schlüsselrolle für die Vision einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft.

Hyundai Technologie
In bestehenden integrierten Hüttenwerken können mit unseren Technologien CO2-Emissionen deutlich reduziert werden.

Fokus Hochofen

Wer die Dekarbonisierung in der Stahlindustrie vorantreiben will, muss vor allem die Primärstufe der Eisenerzeugung verbessern, die für mehr als 80 Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich ist. In Neuanlagen ist die Kombination aus grünem Wasserstoff, Direktreduktion und Elektrifizierung aller nachgelagerten Prozesse der Schlüssel, um die Treibhausgasemissionen auf null zu reduzieren. In bestehenden integrierten Stahlwerken ermöglichen wir durch den schrittweisen Umbau von Anlagen und Infrastruktur den Ersatz kohlenstoffbasierter Brennstoffe in erheblichem Maße. Dieser Prozess erfordert eine fundierte und tiefgehende Analyse aller Energiebilanzen und Stoffflüsse im Werk.

Um unsere Kunden bei der Dekarbonisierung noch besser begleiten zu können, haben wir alle Anteile am luxemburgischen Unternehmen Paul Wurth übernommen, das bereits seit 2012 zur SMS group gehört. Im April 2021 haben wir die restlichen Anteile vom Luxemburger Staat und von staatseigenen Bankgesellschaften übernommen. Gemeinsam werden wir uns auf den Bedarf in der Metallurgie und den Aufbau der Wasserstofftechnologie konzentrieren. Darüber hinaus verfügen wir über Kompetenzen bei Direktreduktionsanlagen, Umweltschutzlösungen, Recyclingtechnologien und befassen uns intensiv mit Technologien für eine CO2-neutrale Stahlproduktion. Paul Wurth blickt – ebenso wie die SMS group – auf 150 Jahre Erfahrung zurück.

Unser künftiges Leistungsspektrum umfasst neben der CO2-freien Direktreduktion von Eisenerz weitere Technologien zur Senkung von CO2-Emissionen in bestehenden Stahlwerken sowie Power-to-X-Technologien für die Herstellung synthetischer Brennstoffe und nachgelagerter Produkte.

Am Standort Luxemburg werden wir unsere gruppenweiten Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für Dekarbonisierung und Recycling bündeln. Zudem haben wir eine strategische Partnerschaft mit der Universität Luxemburg vereinbart, nachdem dort bereits ein Lehrstuhl für Energieprozesstechnik mit finanzieller Unterstützung von Paul Wurth eingerichtet wurde.

Wir bieten alle Technologien zur Dekarbonisierung

Schaubild: SMS group: Schaubild zur Dekarbonisierung

1 – Hochofen – Konverter

Die integrierte Hochofen-Konverter-Route verarbeitet große Mengen Eisenerz, häufig mit einer geringen Eisenkonzentration. In diese Route kann Schrott in beschränktem Umfang (etwa 20 Prozent) im Konverterprozess zugegeben werden. Diese hat aufgrund des massiven Einsatzes von Koks zur Reduzierung des Erzes die höchsten CO2-Emissionen.

Mit Paul Wurth-Technologie können Hochofen und Kokerei deutlich verbessert werden, was die Koksrate und CO2-Emissionen reduziert. Im Stahlwerk können Lichtbogenöfen und auch zum Beispiel die SMS-Technologie CONPRO eingesetzt werden, um den Schrottanteil zu maximieren. Beschränkungen ergeben sich hierbei nur noch durch die Qualitätsanforderungen, die durch mögliche Kontaminierung des Schrottes kompromittiert werden.

2 – Direktreduktion – Schmelzer – Konverter

Der Hochofen wird durch eine Kombination aus MIDREX®-Direktreduktion und Schmelzer ersetzt. Die Direktreduktion kann zunächst auf Erdgas-Basis erfolgen und schrittweise auf höhere Wasserstoffmengen umgestellt werden. Auch hier können im Stahlwerk Elektrolichtbogenöfen eingesetzt werden, um die Menge des Schrotts zu erhöhen, der im Verarbeitungsprozess hinzugefügt werden kann.

In dieser Route bleiben weiterhin Eisenerz-Pellets das Haupteinsatzmaterial – auch hier mit niedrigeren Eisenkonzentrationen.

Das aufgeschmolzene Roheisen muss vor dem Frischen im Konverterstahlwerk aufgekohlt werden. Dazu können die CO-haltigen Abgase aus dem Konverterprozess in der MIDREX®-Direktreduktion zurückgeführt werden (Kohlenstoffkreislauf).

Die im Schmelzer entstehende Schlacke bleibt – wie auch der Hüttensand aus dem Hochofen – ein wertvoller Eingangsstoff zur Senkung der Emissionen in der Baustoffindustrie (Zement).

3 – Direktreduktion – Lichtbogenofen

In einem Greenfield-Ansatz und wenn grüner Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Preisen und in ausreichenden Mengen verfügbar ist, kann eine komplett andere Route eingesetzt werden.

Das reduzierte höherwertige Eisenerz kann direkt in einem Lichtbogenofen aufgeschmolzen und zu Stahl verarbeitet werden. Hierbei ist kein Zwischenschritt und – je nach Zielgüte – nur eine geringe Aufkohlung erforderlich. In diesem Ofen können auch umgehend höhere Schrottmengen zugesetzt werden. Nur die Qualitätsanforderungen der Weiterproduktion setzen hier eine Obergrenze. Dieses Set-up hat das höchste Dekarbonisierungspotenzial.

Wir setzen den Fokus auf die Kombination aus Produktionsoptimierung und gleichzeitiger Emissionsreduzierung. Produkte, die wir bereits im Portfolio haben, erfahren jetzt aufgrund der verschärften Umwelt- und Klimaschutz­bedingungen eine intensive Nachfrage.

Thomas Hansmann,
Executive Vice President Metallurgy, SMS group
Foto: SMS group: Elektrolyser
Besonders effizient: Das Sunfire Hylink-Modul nutzt zur Wasserstoffproduktion industrielle Abwärme.
Kreisdiagramm: SMS group: Energieeinsparung durch Hochtemperatur-Elektrolyse gegenüber der klassischen Elektrolyse

Wasserstoff als grünes Produkt

Um Wasserstoff wirtschaftlich in der Stahlindustrie einzusetzen, muss er in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Gegenwärtig sind die Produktionskapazitäten aber noch zu gering.

Seit 2019 sind wir strategischer Investor und Technologiepartner von Sunfire. Das deutsche Unternehmen hat ein effizientes Verfahren zur Hochtemperatur-Elektrolyse entwickelt. Der Unterschied zur klassischen Elektrolyse: Statt flüssigem Wasser kommt Wasserdampf zum Einsatz, der sich leichter in Wasserstoff und Sauerstoff trennen lässt. Da der Wasserdampf aus der Abwärme von Industrieanlagen erzeugt werden kann, bietet sich dieses Verfahren für alle Stahlwerke an. So können gegenüber der klassischen Elektrolyse 20 bis 30 Prozent Energie eingespart werden, und der Wirkungsgrad ist deutlich höher.

Foto: SMS group: Weitsicht auf eine Anlage für erneuerbare Kraftstoffe in Norwegen
Inbetriebnahme 2023: In Herøya, Norwegen, entsteht die erste Anlage für erneuerbare Kraftstoffe mit einer Produktionskapazität von 10 Millionen Litern pro Jahr.

Der vor Ort produzierte Wasserstoff kann direkt im Hochofen und Stahlwerk verwendet werden – oder für andere Zwecke. So kommt die Technologie von Sunfire zum Beispiel auch bei einem Leuchtturmprojekt in Norwegen zum Einsatz: Bei „Norsk e-Fuel“ verwandeln Wind- und Wasserkraft CO2 in erneuerbare Kraftstoffe. Das Projekt „MULTIPLHY“ in Rotterdam sieht den Bau und Betrieb eines Multi-Megawatt-Hochtemperatur-Elektrolyseurs vor. Bis Ende 2024 sollen dort rund 960 Tonnen grüner Wasserstoff erzeugt werden, was etwa 8.000 Tonnen an Treibhausgasen vermeidet.