Klimahack für die Stahlindustrie: Neues Verfahren macht Roheisenherstellung nachhaltiger
Mehrere hundert Millionen Tonnen CO2 pro Jahr in der weltweiten
Stahlproduktion einsparen – das wollen Forschende des Karlsruher Instituts
für Technologie (KIT) und der Industriepartner SMS group mit einem neuen
Verfahren vorantreiben. Dieses basiert auf der Modernisierung bestehender
Hochofentechnologie mit moderaten Investitionen und wurde bereits
erfolgreich in einer Pilotanlage demonstriert. Die Forschenden berichten
in der Fachzeitschrift Energy Advances. (DOI:
https://doi.org/10.1039/D3YA00
Rund acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen gehen auf das Konto der
Stahlindustrie. „Das muss sich ändern – und zwar schnell“, sagt Professor
Olaf Deutschmann vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie
(ITCP) des KIT. Langfristig gebe es dank neuer Wasserstofftechnologien
zwar eine klimaneutrale Perspektive, doch bis dafür weltweit ausreichend
grüner Wasserstoff zur Verfügung stehe und neu gebaute Anlagen in Betrieb
gingen, vergingen noch einige Jahre: „In der Klimakrise haben wir dafür
keine Zeit, wir müssen schon jetzt gegensteuern.“ Schnell einen deutlichen
Effekt auch in konventionellen Anlagen erzielen ließe sich mit einem neuen
Verfahren, das seine Forschungsgruppe gemeinsam mit dem Industriepartner
SMS group mit Paul Wurth Entwicklungen und dem Start-up omegadot aus dem
KIT demonstriert hat. „Das Potenzial ist enorm. Wir erwarten, dass sich
durch die Nachrüstung bestehender Hochöfen bei moderaten
Investitionskosten etwa zwei bis vier Prozent der weltweiten direkten
CO2-Emissionen einsparen lassen“, so Deutschmann.
Neues Verfahren reduziert Emissionen und spart Energie
Das neue Verfahren setzt beim Rohstoff Eisen an, den die Stahlwerke meist
direkt aus Bergbauerzen gewinnen, in denen er in oxidierter Form vorliegt.
Üblicherweise erfolgt die Reduktion, also das Entfernen des Sauerstoffs,
mithilfe von Koks im Hochofen. Dieser liefert nicht nur als Brennstoff die
notwendige Energie für die Schmelze, sondern dient gleichzeitig auch als
Reduktionsmittel für die chemische Reaktion. „Koks wird speziell für
diesen Zweck in einem energieintensiven Prozess aus fossiler Kohle
gewonnen“, sagt Philipp Blanck vom ITCP, der eng mit SMS group an der im
Stahlwerk integrierten Pilotanlage zusammengearbeitet hat. „In unserem
Verfahren recyceln wir CO2 aus dem Hochofengas mit Kokereigas, um ein
Synthesegas mit hohem Wasserstoffanteil zu produzieren, das als Koksersatz
im Hochofen genutzt werden kann.“
Um eine bestehende Anlage nachzurüsten, müssen vorhandene
Heißwinderzeuger, auch Cowper genannt, modifiziert werden. In diesen
Cowpern werden dann Methan und CO2 aus dem Kokereigas zusammen mit CO2 aus
dem Hochofengas zu Synthesegas, einem Gemisch aus Wasserstoff und
Kohlenmonoxid, umgesetzt. Dieser Prozess, die sogenannte
Trockenreformierung, erfordert eine hohe Temperatur, die zum großen Teil
aus der Prozesswärme des Hochofens gewonnen wird. Das Synthesegas wird
anschließend in den Hochofen eingeblasen und unterstützt dort die
Reduktion des Eisenoxids. „Pro Tonne erzeugtem Stahl können so
signifikante Mengen an Koks eingespart werden, was wiederum die
spezifischen CO2-Emissionen um bis zu zwölf Prozent senkt“, so Blanck.
Erfolgreiche Demonstration mit Industriepartnern
Demonstration und Validierung des Verfahrens erfolgten bei der Aktien-
Gesellschaft der Dillinger Hüttenwerke (Dillinger) im Saarland. Der
Transfer wurde auch durch die Zusammenarbeit mit der omegadot software &
consulting GmbH, einer Ausgründung aus dem KIT, ermöglicht. Das auf
Industriesoftware spezialisierte Start-up entwickelt eine Software, die
eine präzise Simulation und Visualisierung des Verfahrens ermöglicht und
das Scale-up hin zu einer Industrieanlage maßgeblich unterstützt.
Die Pilotanlage wird von SMS group gemeinsam mit den Partnern Dillinger
und Saarstahl, die Stahl mit weniger CO2-Emissionen produzieren wollen, in
Dillingen betrieben. „Es ist wichtig zu betonen, dass die Integration des
neuen Verfahrens in das Werk nur ein erster Schritt in der Transformation
der Stahlindustrie sein wird“, sagt Gilles Kass aus der
Forschungsabteilung bei SMS group, der ebenfalls an dem Artikel
mitgearbeitet hat.
(mhe)
Details zum KIT-Zentrum Energie: https://www.energie.kit.edu/
Kontakt für diese Presseinformation:
Dr. Martin Heidelberger, Pressereferent, Tel.: +49 721 608-41169, E-Mail:
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Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter:
https://www.kit.edu/kit/presse
Originalpublikation:
Philipp Blanck, Gilles Kass, Klaus Peter Kinzel, Olaf Deutschmann: Dry
reforming of steelworks off-gases in a pilot plant integrated into a steel
mill: influence of operating parameters; Energy Advances, 2023. DOI:
10.1039/d3ya00227f
https://pubs.rsc.org/en/conten
