Metallurgie

Neue Stahlproduktion schickt weniger CO2 in die Atmosphäre

Susanne Michelic
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Die Stahlerzeugung, wichtiges Standbein der heimischen Industrie, steht unter Druck: Auch sie muss zur Dekarbonisierung beitragen und sich dafür völlig neu erfinden. Österreichische Teams leisten Pionierarbeit: Grüner Strom statt Kohle soll das Material schmelzen.

Hochöfen gelten als Symbole einer starken Eisen- und Stahlindustrie – so wie Österreich sie mit einer jährlichen Stahlproduktion von rund 7,5 Millionen Tonnen vorweisen kann. Und trotzdem: „Die Hochöfen werden verschwinden“, ist Susanne Michelic überzeugt. Sie ist seit 1. Juli wissenschaftliche Leiterin des Metallurgischen Kompetenzzentrums K1-MET mit Sitz in Linz bzw. Leoben und wird Anfang Oktober als erste Frau den Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie an der Montanuniversität Leoben, eine der dortigen Gründungslehrkanzeln, übernehmen.

Derzeit: 1,8 Tonnen CO2 pro Tonne Stahl

Die gebürtige Obersteirerin sagt auch klar, warum sie das Aus für die hochaufragenden Türme und damit für die traditionelle Weise der Eisenherstellung nahen sieht. „Mit den Klimazielen ist das herkömmliche Verfahren, bei dem Erz unter Einsatz der fossilen Energieträger Kohle und Koks im Hochofen zu Eisen reduziert und danach zu Stahl weiterverarbeitet wird, nicht vereinbar. Pro Tonne Rohstahl werden über die Hochöfen rund 1,8 Tonnen klimaschädigendes CO2 freigesetzt. Wir brauchen daher alternative, nachhaltige Herstellungsprozesse. Auf deren Entwicklung liegt auch der Fokus der Forschungsarbeit sowohl am Kompetenzzentrum als auch am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie der Montanuniversität“, sagt Michelic, die auch das CD-Labor für Einschlussmetallurgie in der modernen Stahlherstellung leitet.

Eine Technologie zur Eisengewinnung, an deren Optimierung derzeit international geforscht wird, betrifft unterschiedliche Arten von Direktreduktionsverfahren. Dabei wird die chemische Reaktion mithilfe von Wasserstoff anstelle von Kohle und Koks in Gang gesetzt. Als Nebenprodukt entsteht kein CO2, sondern Wasser. „Dieser Vorgang lässt sich aus prozesstechnischen Gründen in Hochöfen nur beschränkt umsetzen, er erfordert eigene Anlagen“, sagt Michelic. Versuchsanlagen gibt es bereits in Österreich, offen seien aber noch Fragen der Skalierbarkeit und der Sicherung der Produktqualität. Selbstverständlich müsse auch eine „grüne“ Erzeugung des Wasserstoffs gewährleistet sein.

Was die Weiterverarbeitung zu Stahl betrifft, so setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vor allem auf Elektrolichtbogenöfen, in denen mithilfe möglichst grün erzeugter elektrischer Energie ein Lichtbogen erzeugt wird. Bei Temperaturen von bis zu 3500 Grad wird das zuvor in den Ofen eingebrachte Ausgangsmaterial geschmolzen. Österreichs größter Stahlproduzent, die Voestalpine, ist gemeinsam mit anderen Unternehmen aus der Stahlindustrie Konsortiumsmitglied des Kompetenzzentrums. Sie investiert 1,5 Milliarden Euro, um an den Standorten Linz und Donawitz in den kommenden vier Jahren je einen Hochofen durch einen solchen Elektrolichtbogenofen zu ersetzen. Damit soll ein knappes Drittel der konzernweiten CO2-Emissionen eingespart werden.

»Die Hochöfen werden verschwinden. Alternative Vorgänge erfordern ihre eigenen Anlagen.«

Susanne Michelic

Montan-Uni Leoben

Dies sei ein erster Schritt beim stufenweisen Umstieg von der kohlebasierten Hochofen- zur grünstrombasierten Elektrostahlroute, mit der die Stahlherstellung bis 2050 klimaneutral werden soll, heißt es seitens des Unternehmens. „Einer der Vorteile dieses Verfahrens neben den geringeren CO2-Emissionen ist, dass auch größere Mengen Schrott als Ausgangsmaterial verwendet werden können, dass es also in den Recyclingprozess eingebunden werden kann“, ergänzt Michelic. Solches Ausgangsmaterial beinhaltet jedoch möglicherweise nicht abtrennbare Spuren anderer Elemente wie Kupfer oder Zinn, die die Werkstoffeigenschaften des Endprodukts beeinflussen können.

Der Traum vom Ein-Schritt-Verfahren

Während der Weg vom Erz zum Stahl üblicherweise über das Roheisen führt, tüfteln Expertinnen und Experten weltweit zudem an einem vollkommen CO2-freien Ein-Schritt-Verfahren: Bei der Wasserstoffplasma-Schmelzreduktion wird Eisenerzkonzentrat mit Wasserstoffplasma direkt zu schmelzflüssigem Stahl reduziert. Österreich leistet auch dabei Pionierarbeit: Der Errichtung einer Laboranlage an der Leobner Montanuni folgte mittlerweile die Inbetriebnahme einer Versuchsanlage am Metallurgischen Kompetenzentrum mit industrieller Unterstützung durch die Voestalpine. Auch hier liegen die weiteren Forschungsherausforderungen darin, die Prozesse auf industrielle Maßstäbe zu übertragen.

In Zahlen

1,8 Mal so viel klimaschädigendes CO2 wie Stahl entsteht bei der Stahlherstellung im Hochofen. Die Industrie ist sich der geringen Nachhaltigkeit zum Großteil bewusst und arbeitet gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an alternativen Herstellungsprozessen.

220 Kilo Stahl pro Jahr beträgt der jährliche Pro-Kopf-Durchschnittsverbrauch in Österreich. Zahlreiche Gebrauchsgegenstände des Alltags bestehen teilweise aus diesem vielseitigen Material, von Werkzeugen angefangen über Küchengeräte bis hin zu Einrichtungsgegenständen oder Fahrzeugen.

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