Aufrufe
vor 4 Monaten

09-2019

Special Windenergie

Special Windenergie treibt der Konzern in Afrika, Argentinien und Kanada. Etwas Theorie: Erdgas, das rund 97 % CH 4 enthält, wird in einem Reformer gemeinsam mit Kohlendioxid (CO 2 ) und Wasser (H 2 O) auf 950 °C aufgeheizt. Bereits bei Temperaturen von mehr als 500 °C wird CH 4 dabei an Nickelkatalysatoren aufgespalten. Ein Synthesegas aus CO und H 2 entsteht. Dieses heiße Gas wird in einen Schachtofen geleitet (Durchmesser: 5 m, Höhe 8 m). Dort reduzieren die beiden Gase CO und H 2 Eisenoxid in Form spezieller Eisenerzpellets bei rund 1.000 °C zu Eisen - genauer zu Eisenschwamm (s. Kasten). Als Nebenprodukt bildet sich CO 2 und Wasser. Eisenschwamm ArcelorMittal setzt in Hamburg kein gemahlenes Eisenerz ein, sondern etwa 1 cm große rostrote Pellets aus Brasilien und Kanada. Damit diese nicht zusammenkleben, sind sie dünn mit Kalk, Bauxit oder anderen Mineralien ummantelt. Weil sie während der Direktreduktion durch entzogenen Sauerstoff porös werden, sehen sie unter dem Mikroskop wie ein Schwamm aus: wie „Eisenschwamm“. Der aus Eisenerzpellets in der Direktreduktionsanlage erzeugte Eisenschwamm wird auf dem Werksgelände von einem Magneten angehoben, bevor er weiterverarbeitet wird. Deutlich weniger CO 2 Das DRI-Verfahren schont das Klima im Vergleich zum klassischen Hochofenprozess, wo Kohlenstoff im Koks das Reduktionsmittel ist. In Zahlen: Um 1,43 t Eisenoxid im Hochofen zu 1 t Eisen zu reduzieren, braucht es 160 kg Kohlenstoff – dabei entstehen 590 kg CO 2 . Im Schachtofen hingegen wird 111 kg Methan benötigt – 290 kg CO 2 bilden sich. In der Praxis ist die Roheisenherstellung per Eisenschwamm nicht ganz so klimafreundlich. In Hamburg werden 515 kg CO 2 /t Roheisen frei. Das liegt daran, dass auch beim Aufheizen des Erdgases zur Synthesegasherstellung CO 2 entsteht. Auch die Rohstahlherstellung im Hamburger Hafen ist relativ klimaschonend: Verwendet das Unternehmen ausschließlich Roheisen, werden im Lichtbogenofen 942 kg CO 2 /t Rohstahl frei. Das ist ein gutes Viertel weniger als in effizienten Stahlwerken auf der Hochofenroute, wie die EU-Kommission 2011 errechnet hatte. Demnach emittieren diese bei der Roheisenherstellung inklusive nachfolgender Verarbeitung zu Rohstahl rund 1328 kg CO 2 /t. Da ArcelorMittal zudem etwa zur Hälfte Schrott mit einschmilzt, wurden 2018 nur rund 678 kg CO 2 /t Rohstahl frei. Schrott gilt dabei als recyceltes Material als CO 2 -neutral und lässt sich im Ofen mit 441 kg CO 2 /t einschmelzen. Das genügt ArcelorMittal nicht: Künftig soll der Walzstahldraht in Hamburg fast emissionsfrei produziert werden. Dabei stellt die „Initiative H2H“ aus Hamburg einen Meilenstein im „Low Emissions Innovation Programme“ des Konzerns dar. Im Rahmen dieses Programms soll ab 2050 Stahl in Europa komplett CO 2 -neutral produziert werden. Grauer Wasserstoff ArcelorMittal will im Hamburger Hafen das DRI-Verfahren mit Wasserstoff dem Praxistest unterziehen und es industriell ausreifen. Dies Gas wird momentan in vielen Branchen als Energieträger der Zukunft gehandelt. Da das chemische Element Wasserstoff im Direktreduktionsverfahren mit Erdgas als Nebenprodukt („grauer Wasserstoff“) ohnehin anfällt, lag es nahe, einen Herstellungsprozess vollständig mit Wasserstoff – also ohne Kohlenmonoxid – näher zu untersuchen. „Stahl ist ein wichtiger Rohstoff, der bei der Herstellung vieler Gegenstände für unser tägliches Leben nicht wegzudenken ist. Der technische Fortschritt sowie langjährige Erfahrung und Forschung ermöglichen uns nun, alternative Herstellungsprozesse anzugehen, die deutlich umwelt- und ressourcenschonender sind“, so Uwe Braun, Vorsitzender von ArcelorMittal Hamburg. Im ersten Hamburger Praxistest soll Eisenerz noch mit fast reinem „grauen Wasserstoff“ reduziert werden. Auch die Energieeffizienz und -bilanz soll mit der geplanten Investition in Höhe von 65 Mio. Euro genauer untersucht werden. Grüner Wasserstoff Später soll der optimierte wasserstoffbasierte Produktionsprozess mit „grünem Wasserstoff“ erfolgen – erzeugt in einem Elektrolyseur, der mit Strom aus erneuerbaren Energieträgern betrieben wird. Anstelle des Erdgas-Nebenproduktes würde dieser nachhaltig erzeugte Wasserstoff die Vision einer CO 2 -neutralen Stahlproduktion Realität werden lassen. Die Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) Hamburg und ArcelorMittal kamen im Jahr 2017 in der Studie „Bewertung der Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung von Wasserstoff“ zu dem Schluss, dass ein solches Verfahren bei der Stahlproduktion technisch möglich sei. Voraussetzung ist, dass genügend erneuerbarer Strom und grüner Wasserstoff bezahlbar hergestellt werden können. Offshore-Strom für Stahl Eine Möglichkeit für die Nutzung regenerativen Stroms sieht ArcelorMittal in der Windkraft. Offshore-Windkrafträder an der Küste könnten in Zukunft Strom liefern, um mit Hilfe von Elektrolyseuren, die in Küstennähe aufgestellt werden, grünen Wasserstoff zu erzeugen. Dieser Wasserstoff könnte dann vor Ort eingesetzt werden, um in einer Direktreduktionsanlage angeliefertes Eisenerz in CO 2 -freie Eisenbriketts zu verwandeln, die anschließend in der Stahlproduktion verwendet werden können. 22 UmweltMagazin September 2019

Windenergie Special In der Direktreduktionsanlage im Hamburger Hafen wird seit 1971 Eisenerz mit Hilfe von Kohlenmonoxid und Wasserstoff - hergestellt aus Erdgas - in Roheisen umgewandelt. ArcelorMittals Traum: „grüner“ Walzdraht produziert aus Eisenerz ohne Kohle, aber dafür mit Wasserstoff, herstellt aus Wasser allein mit erneuerbaren Energien. ArclorMittals Elektrostahlwerk im Hamburger Hafen in der Gesamtansicht. Bilder: ArcelorMittal Dafür bräuchte es sehr viele Windräder. Ein Rechenbeispiel: Im Hamburger Elektrostahlwerk werden mit dem Direktreduktionsverfahren jährlich rund 600.000 Tonnen Roheisen hergestellt. Dafür braucht es einen Energieinhalt – zurzeit aus Erdgas kommend – von 11 Gigajoule pro Tonne. Das entspricht einer Grundlast von 350 MW. Der Energiebedarf bei einer Reduktion mit Wasserstoff ist ähnlich hoch. Hinzu kommt die Energie für die Elektrolyse zur Wasserstoffgewinnung. In der Summe bräuchte es eine Grundlast von 250 MW. Dazu bräuchte man gut 70 große Windräder bei Volllast. Da Windräder aber selten bei Volllast laufen, werden 875 MW installierte Offshore-Leistung benötigt – also 175 Windräder. Emissionsneutraler Strahl Noch ist das Zukunftsmusik: Es fehlt die entsprechende Infrastruktur. „Wir setzen uns daher mit vereinten Kräften für das Wasserstoff-Pilotprojekt ein, weil wir an die Möglichkeit und Notwendigkeit der emissionsneutralen Stahlerzeugung glauben. Aber der internationale Wettbewerb ist hart. Es ist daher letztlich auch eine politische Entscheidung, ob die Rahmenbedingungen in Deutschland entsprechend gesetzt und klimafreundlichere Verfahren gefördert werden. Die Klimaschutzziele dürfen nicht zulasten der Stahlindustrie gehen“, betont Braun. Die Stahlindustrie, verantwortlich für rund sechs Prozent der CO 2 -Emissionen in Deutschland, könnte ein wichtiger Verbündeter für die Erreichung der hiesigen Klimaschutzziele sein. Durch Sektorenkopplung und Wasserstofftechnologie könnte die Dekarbonisierung ressourcenschonend vorangetrieben werden. ArcelorMittal entwickelt die entsprechenden Produktionsprozesse. Nun braucht es ausreichend bezahlbaren Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Diesen Beitrag müssen andere Stellen leisten, damit eine grünere Zukunft für alle ermöglicht wird. Nelly Bubenheim, Raikeschwertner, Agentur für Kommunikationsberatung, Hamburg bubenheim@raikeschwertner.de UmweltMagazin September 2019 23

Ausgabenübersicht