In dem Projekt MACOR forschen die Salzgitter AG und drei Fraunhofer-Institute an der Dekarbonisierung der Stahlindustrie. Konkret versuchen die Partner die Frage zu beantworten, wie sich CO2-Emissionen bei der Produktion von Rohstahl um bis zu 95 Prozent reduzieren lassen – und fokussieren dabei insbesondere den Energiebedarf.
Bis 2050 will die Salzgitter AG im Rahmen des SALCOS-Vorhabens (Salzgitter Low CO2 Steelmaking) eine Umstellung hin zur nahezu CO2-freien Rohstahlproduktion abgeschlossen haben. Bislang wird das Eisenoxid im Erz mit Kohle reduziert, was mit hohen CO2-Emissionen einhergeht – so entfallen etwa sieben Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes auf die Stahlproduktion. Wasserstoff könnte dieses Problem lösen, dem Element als Alternative zur Kohle sprechen viele Hersteller derzeit enormes Potenzial zu. So stellt auch Salzgitter die These auf, dass sich unter dessen Verwendung in einem Direktreduktionsprozess „perspektivisch bis zu 95 Prozent CO2 auf dem Weg zum Rohstahl einsparen“ lassen.
MACOR: Energiebedarf gilt als wichtige Kerngröße
Doch wie ist die Umstellung der Stahlherstellung auf ein klimafreundliches Verfahren zu bewerten? Wie viel Energie ist beispielsweise nötig, um eine Tonne CO2 einzusparen? Diese und andere Fragen klärte die „Machbarkeitsstudie zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Hüttenwerk unter Nutzung Regenerativer Energien“, kurz MACOR. Angefertigt haben die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) angefertigte Studie die drei Fraunhofer-Institute IKTS, ISI und UMSICHT sowie die Salzgitter-Gesellschaften Flachstahl und Mannesmann Forschung.
Während sich das Fraunhofer IKTS vor allem der Prozesssimulation widmete, analysierte das Fraunhofer ISI die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Verfahrensvarianten. Die Mitarbeiter des Fraunhofer UMSICHT untersuchten die Prozesse bei der Direktreduktion sowie die Eigenschaften des reduzierten Eisens. Indes lag der Fokus bei den Salzgitter-Gesellschaften auf der Erstellung eines Umsetzungsplans für SALCOS, technischen Untersuchungen des direktreduzierten Eisens sowie der ökologischen Bilanzierung.
Als eine wichtige Kerngröße betrachten die Partner den Energiebedarf pro Tonne eingespartem CO2. Denn Energie aus erneuerbaren Quellen sei begrenzt, heißt es. Ihr Anteil am gesamten Energiemarkt in Deutschland betrage derzeit „gerade einmal 15 Prozent“. MACOR stellt sich somit die Frage, wo ihr Einsatz den größten Nutzen bringt.
Hochtemperaturelektrolyse „effizientes und wirtschaftliches Verfahren“
Das Ergebnis der Studie: „CO2 bei der Rohstahlherstellung zu vermeiden ist viermal effizienter, als das CO2 aufzufangen und anderen Nutzungen zuzuführen, etwa zur Herstellung von Chemikalien“, steht es in einer gemeinsamen Pressemitteilung der Projektpartner. Die wasserstoffbasierte Stahlherstellung bietet dabei das größte CO2-Einsparpotenzial von fast 100 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, wie beispielsweise die Wasserstoffeinblasung im Hochofen.
Simulationsrechnungen des IKTS hätten zudem gezeigt, dass die Hochtemperaturelektrolyse ein „sehr effizientes und wirtschaftliches Verfahren ist, um den benötigten Wasserstoff direkt im integrierten Hüttenwerk bereitzustellen. Im Folgeprojekt „Begleitforschung Wasserstoff in der Stahlerzeugung“ (BeWiSe) – ebenfalls vom BMBF gefördert – widmet sich das Konsortium nun weiteren Forschungsarbeiten zur Optimierung der in MACOR untersuchten wasserstoffbasierten Stahlherstellungsroute.
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