Passwort vergessen?  | 
 |  Passwort vergessen?  | 
Suche
  • Login
  • Login

Donnerstag, 12. Oktober 2017, Ausgabe Nr. 41

Donnerstag, 12. Oktober 2017, Ausgabe Nr. 41

Umwelt

CO2-freier Stahl ist technisch denkbar

Von Bettina Reckter | 27. Juli 2017 | Ausgabe 30

Ein Elektrostahlwerk in Hamburg will grün werden. Mit Eisenerzpellets und flexibler Reaktion auf den Strommarkt kann das gelingen.

Stahl (3)
Foto: dpa Picture-Alliance/Roland Weihrauch

Glühender Rohstahl ist rund 1600 °C heiß. Das kostet Energie. Mit dem richtigen Verfahren könnte die Stahlbranche dennoch klimaneutral werden.

Einmal pro Stunde wird es am Elektrolichtbogenofen von ArcelorMittal in Hamburg-Waltershof heißer und lauter als ohnehin schon. Dann wird hier 10 min lang 1600 °C heißer, rot glühender Rohstahl abgestochen. Anschließend fährt ein riesiger Stahlkorb über den Ofen. Er enthält Schrott für die nächste Stahlfuhre. Sobald das Material in den Ofen gefallen ist, wird der Elektrolichtbogen angeworfen. Grell leuchten dann die heißen Lichtbögen und flitzen übers Stahlbad.

Eisenschwamm

Der Schrott schmilzt dabei in wenigen Minuten. Eisenschwamm gelangt stetig über ein Förderband hinzu. Nach knapp 45 min ist alles bereit für den nächsten Stahlabstich – das ergibt 24 Chargen à 150 t Rohstahl/Tag.

Auf zweierlei Weise unterscheidet sich das 1970 gebaute Elektrostahlwerk von üblichen Hochöfen. Erstens: „Wir stellen Roheisen klimafreundlich her – ohne Kokerei, Sinteranlage und Hochofen“, erklärt Lutz Bandusch, Geschäftsführer der ArcelorMittal Hamburg GmbH. Und zweitens will das Unternehmen die Energiewende vorantreiben.

Gelingen soll das durch drei eigene Windräder sowie dadurch, dass Stromspitzen von Windparks im Norden abgefangen werden. Liefern diese billigen Strom, kann die Schmelze im Lichtbogenofen umgehend beschleunigt werden. Ist Strom im Netz knapp, wird sie gedrosselt.

Bandusch spricht deshalb vom TimeShift. Und für ihn ist die Energiewende grundsätzlich kein rotes Tuch. Denn: „Theoretisch lässt sich Stahl aus Eisenerz ausschließlich mit erneuerbaren Energiequellen herstellen.“ Mit Strom aus Erneuerbaren könne das Elektrostahlwerk CO2-arm produzieren, sagt der Geschäftsführer. Werde zudem Wasser mit überschüssigem Strom elektrolytisch in Wasserstoff umgewandelt, ließe sich Eisenerz vollständig mit Wasserstoff reduzieren.

Foto: ArcelorMittal

„Theoretisch lässt sich Stahl aus Eisenerz ausschließlich mit erneuerbaren Energiequellen herstellen - die Umwandlungskosten sind aber zu hoch.“ Lutz Bandusch, Geschäftsführer der Arcelor-Mittal Hamburg GmbH.

„Damit ist ein CO2-freier Stahl technisch denkbar“, meint Bandusch. "Eine Abschätzung von Umwandlungskosten macht aber deutlich, dass es auf absehbare Zeit keine wirtschaftlichen Anreize geben wird, in einen solchen Prozess zu investieren." Bandusch erklärt, welche Auswirkungen CO2-freier Stahl für die Umwelt und den Strommarkt hätte.

Klimaschutz: Der Clou ist hier das Reduktionsmittel. Statt Koks verwendet das Unternehmen Erdgas, oder genauer: Synthesegas. Das Kohlenmonoxid (CO) und den Wasserstoff (H2) hierfür gewinnt das Unternehmen, indem es Erdgas, das 97 % Methan (CH4) enthält, mit Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) an Nickelkatalysatoren auf 950 °C aufheizt. „Bei Temperaturen von mehr als 500 °C wird Methan am Katalysator gespalten, es bilden sich CO und H2“, erklärt Sebastian Gellert, Betriebsleiter der Reduktionsanlage.

Das heiße Gasgemisch wird in den Schachtofen geleitet. „Dieser ist mit 5 m Durchmesser und 8 m Höhe recht klein, aber das Herzstück der Anlage“, so Gellert. Bei bis zu 1000 °C reduzieren die Gase CO und H2 Eisenoxid (Fe2O3) in den Eisenerzpellets zu Eisen. Als Nebenprodukt bilden sich CO2 und Wasser.

In der Theorie wirkt diese Roheisenherstellung nur halb so stark aufs Klima wie die im Hochofen. Dort gibt es nur Kohlenstoff als Reduktionsmittel, im Schachtofen sind es CO und H2. In Zahlen: Werden 1,43 t Eisenoxid im Schachtofen zu 1 t Eisen reduziert, benötigt das 111 kg Methan. Dabei bilden sich 290 kg CO2 sowie Wasser. Im Hochofen hingegen braucht es 160 kg Kohlenstoff und es entstehen 590 kg CO2.

In der Praxis ist die Roheisenherstellung per Eisenschwamm allerdings nicht ganz so umweltfreundlich. In Hamburg werden 515 kg CO2/t Roheisen frei. Das liegt daran, dass auch beim Aufheizen des Erdgases zur Synthesegasherstellung CO2 entsteht.

Grundsätzlich wird die Rohstahlherstellung aber schon klimaschonender: Verwendet ArcelorMittal ausschließlich Roheisen, werden im Lichtbogenofen 942 kg CO2/t Rohstahl frei. Das ist ein gutes Viertel weniger als in effizienten Stahlwerken auf der Hochofenroute, wie die EU-Kommission 2011 errechnete. Demnach emittieren diese bei der Roheisenherstellung inkl. nachfolgender Verarbeitung zu Rohstahl rund 1328 kg CO2/t.

Da das Unternehmen zudem etwa zur Hälfte Schrott mit einschmilzt, wurden dieses Jahr nur rund 660 kg CO2/t Rohstahl frei. Schrott gilt dabei als recyceltes Material als CO2-neutral und lässt sich im Ofen mit 441 kg CO2/t einschmelzen.

Strommarkt: ArcelorMittal will die elektrische Leistungsaufnahme künftig stärker am Strommarkt orientieren. Dabei geht es vor allem um den energieintensivsten Produktionsschritt: die Rohstahlherstellung im Lichtbogenofen. Dies benötigt rund 100 MW an elektrischer Leistung. Ist viel Strom im Netz, können Eisenschwamm und Schrott mit bis zu 110 MW geschmolzen werden, ansonsten auch mit 90 MW.

Diese Flexibilität möchte Bandusch vermarkten. Möglich wäre das, bestätigt Hannes Seidl, Bereichsleiter Energiesysteme und Energiedienstleistungen der Deutschen Energie-Agentur (dena): „Unternehmen können mit flexiblen Lasten auf schwankende Strompreise reagieren und netzstützende Dienstleistungen anbieten.“ Da ist der Spotmarkt der Börse. Und da sind die Märkte für „Regelleistung“ und für „abschaltbare Lasten“, mit denen die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) die Netzfrequenz von 50 Hz stabil halten können. Industriebetriebe, die diese Märkte im Blick haben, „machen sich fit für die Energiezukunft in Deutschland“, so Seidl.

ArcelorMittal in Waltershof gehört dazu. Das Unternehmen kann 50Hertz, dem für Hamburg zuständigen ÜNB, als Regelleistung die sogenannte Minutenreserveleistung anbieten. Dann muss es mit 15 min Vorlauf auf Anforderung des ÜNB die Produktion drosseln oder hochfahren. Zwar bietet der Stahlhersteller bei den Auktionen regelmäßig mit, allerdings ist der Konkurrenzdruck gestiegen und der Bedarf an Minutenreserveleistung zurückgegangen.

Bandusch möchte daher auch schnell abschaltbare Lasten vermarkten können. Verkauft ein Unternehmen solch eine Last, darf der ÜNB ebenfalls mit einer Viertelstunde Vorlauf dessen Produktion ferngesteuert drosseln. Die „Verordnung über Vereinbarungen zu abschaltbaren Lasten“ lasse Elektrostahlwerke aber nicht zu, klagt der Geschäftsführer.

Der Hintergrund: Ein Industriebetrieb muss nachweisen, dass es 7000 von 8760 möglichen Jahresbetriebsstunden absolviert und eine Woche lang gleichmäßig Strom beziehen kann. Beide Bedingungen können Aluminium- und Kupferhütten erfüllen, die für die Elektrolyse eine gleichmäßig große Strommenge abnehmen, nicht aber Werke mit Lichtbogenofen. Aufgrund von Abstichen, Wartungen und Störungen komme solch ein Ofen nur auf 5500 Betriebsstunden im Jahr, rechnet Bandusch vor.

Er regt daher an, die Verordnung zu abschaltbaren Lasten zu ändern. ÜNB sollten mit mehreren Elektrostahlwerken Verträge schließen können, sodass die Wahrscheinlichkeit steigt, dass immer ein Ofen flexibel gefahren wird.

Noch ist strittig, ob ÜNB überhaupt mehr flexible Lasten benötigen, um Frequenzschwankungen auszugleichen. „Künftig werden mehr große flexible Industriebetriebe gebraucht, um die Netzfrequenz bei 50 Hz stabil halten zu können“, meint dazu Werner Beba von der Norddeutsche Energiewende (NEW 4.0). Nämlich dann, wenn durch die Energiewende fossile Kraftwerke vom Netz gehen und Solarzellen und Windräder mehr wetterabhängigen Strom produzieren. NEW 4.0 ist eine hamburgisch/schleswig-holsteinische Innovationsallianz aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik. Diese will zeigen, wie die Gesamtregion bereits 2035 vollständig mit regenerativem Strom versorgt werden kann.

Andererseits gleichen ÜNB regionale Frequenzschwankungen aufgrund von Wetteränderungen immer besser aus. Dies liegt an exakteren Wetterprognosen und daran, dass Netzbetreiber auch über Ländergrenzen hinweg etwa mit Belgien, Dänemark, Frankreich, den Niederlanden und der Schweiz zusammenarbeiten. Weitere Kooperationen mit Netzbetreibern in anderen Ländern sind bereits geplant. Mit anderen Worten: Der europäische Strommarkt entwickelt sich allmählich.

stellenangebote

mehr