Klima-Upgrade für den Hochofen#
Bei der Stahlherstellung entstehen enorme Mengen CO2. Konzerne wie die Voestalpine wollen künftig klimafreundlich produzieren. Doch in der Praxis gibt es gewaltige Hürden.#
Von der Wiener Zeitung (25. September 2021) freundlicherweise zur Verfügung gestellt
Von
Michael Ortner
Foto: Name. Aus: Wikicommons, unter CC BY-SA 3.0
Er trägt Brücken. Er lässt Flugzeuge abheben. Er hilft, den Strom zu transportieren. Er steckt in unseren Waschmaschinen und in vielen tausend anderen Alltagsgegenständen. Stahl ist für die moderne Welt unverzichtbar geworden. Stahl ist fest, stabil und gut recycelbar. Doch Stahl hat einen Haken: Seine Herstellung ist schmutzig. Es werden enorme Mengen Treibhausgas freigesetzt. Rund zwei Milliarden Tonnen Stahl werden jedes Jahr produziert. Dabei entstehen mehr als drei Milliarden Tonnen CO2. Sieben Prozent der weltweiten Emissionen gehen auf das Konto der globalen Stahlproduktion. Und der Stahlbedarf soll in Zukunft weiter zunehmen. Stahlkonzerne auf der ganzen Welt stehen vor der Herausforderung, ihren CO2-Fußabdruck zu verkleinern. Die Emissionen müssen sinken, um der Klimaerwärmung zu bremsen. Am "grünen" Stahl führt kein Weg vorbei.
Stahlkonzerne wie Thyssenkrupp, Arcelormittal oder die heimische Voestalpine haben das Problem längst erkannt. "Die Voestalpine hat die Emissionen sowie den Energieverbrauch bereits auf das technologische Minimum reduziert", teilt der Konzern mit. 2,4 Milliarden Euro wurden in den vergangenen zehn Jahren in den Umwelt- und Klimaschutz investiert. Die Voestalpine forscht an Technologien, um Stahl klimaschonender herzustellen. Im kleinen Stil ist das bereits jetzt schon möglich. Doch für die industrielle Produktion gibt es noch einige große Hürden zu nehmen.
Emissionen stark konzentriert#
Gegenwärtig wird für die Stahlproduktion der fossile Energieträger Kohle verwendet. Im Hochofen wird Eisenerz geschmolzen, die Kohle zieht den Sauerstoff aus dem Eisenerz (Reduktion). Dabei entstehen erhebliche Mengen CO2. In den Hochöfen der Voestalpine sind es jährlich 12 Millionen Tonnen. Damit ist der Stahlkonzern alleine für 15 Prozent aller Emissionen in Österreich verantwortlich.
Das ist viel, doch es könnte sogar ein Vorteil sein. Die Emissionen konzentrieren sich auf die beiden Standorte Linz und Donawitz. "Man kann mit einem Schlag viel Emissionen einsparen", sagt Matthias Pastl, Senior Vice President Group Environment bei Voestalpine, bei der Fachtagung Straße, Schiene, Strom der Industriellenvereinigung. Das bisherige Verfahren zur Stahlproduktion sei nur mehr bedingt verbesserbar, sagt er. Künftig soll die Kohle aber ohnehin durch klimafreundlich hergestellten Wasserstoff ersetzt werden. Damit will der Linzer Stahlkonzern seine ambitionierten CO2-Reduktionsziele erreichen. Bis 2030 sollen 30 Prozent gegenüber dem Ist-Zustand eingespart werden. Laut Pastl seien dies immerhin fünf Prozent aller Emissionen Österreichs. Bis 2050 will die Voestalpine überhaupt nur noch CO2-neutralen Stahl produzieren.
Grüner Stahl ist noch Zukunftsmusik, einen Namen hat er bei der Voestalpine bereits: "Greentec Steel". Der Weg dorthin führt über zwei Schritte. Zunächst sollen drei von fünf Hochöfen durch Hybrid-Elektroöfen ersetzt werden. Bei diesem von der Voestalpine entwickelten Verfahren erfolgt die Reduktion nicht mehr durch Kohle, sondern durch Erdgas und Wasserstoff. In einem zweiten Schritt soll der Stahl nur noch mithilfe von Wasserstoff erzeugt werden (Direktreduktion). Die Stahlerzeuger machen sich dabei die Reaktionsfreudigkeit des chemischen Elements zunutze. Wasserstoff entzieht dem Eisenoxid den Sauerstoff und bindet sich an ihn. Übrig bleibt Wasser. Die Umwelt wird nicht belastet.
Foto: © voestalpine AG, Regine Schoettl
Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für die energieintensive Industrie. Doch es kommt auf seine "Farbe" an. Grundsätzlich ist das Gas farblos. Doch man spricht von "grauem" Wasserstoff, wenn er aus Erdgas gewonnen wird. Dabei entsteht klimaschädliches CO2. Weltweit kommt er hauptsächlich in dieser Form zum Einsatz. Doch für die grüne Stahlproduktion kommt nur klimafreundlicher, grüner Wasserstoff in Frage. Er wird mittels Elektrolyse gewonnen. Der Strom dafür muss wiederum klimafreundlich erzeugt sein, also von Windrädern, Wasserkraftwerken oder Photovoltaik-Anlagen stammen. Noch ist grüner Wasserstoff nur begrenzt verfügbar und teuer. "Wir sehen in Zukunft einen Wasserstoffbedarf von 400 bis 500.000 Tonnen", sagt Pastl. Zum Teil soll der Wasserstoff lokal erzeugt werden. Der Rest werde international zugekauft.
In einer kleinen Anlage wird schon heute grüner Wasserstoff erzeugt und an möglichen Einsatzgebieten bei der Stahlproduktion geforscht. "H2Future" ist der bisher größte Elektrolyseur in der Stahlindustrie mit sechs Megawatt Anschlussleistung. Laut Pastl soll die Anlage ausgebaut werden. Wie die konkreten Pläne dafür aussehen, wollte eine Sprecherin auf Anfrage nicht beantworten.
Den grünen Strom für die Anlage liefert der heimische Energiekonzern Verbund. Um klimaneutralen Stahl herzustellen, braucht die Voestalpine aber ein Vielfaches davon. Denn nicht nur für die Wasserstoff-Produktion sind riesige Mengen an erneuerbarer Energie nötig, sondern auch für den Betrieb der Elektroöfen. Der Gesamtenergieverbrauch der Voestalpine lag 2019 bei 42,4 Terrawattstunden (TWh). Alleine für den ersten Schritt - den Hybrid-Elektroofen bis 2030 - rechnet der Konzern mit bis zu 3 TWh Energie zusätzlich. Das entspricht mehr als der Jahresproduktion aller Windräder im Burgenland. Strom aus erneuerbaren Energie müsse in ausreichender Menge und zu wirtschaftliche darstellbaren Preisen sein, heißt es von der Voestalpine.
Infrastruktur muss ausgebaut werden#
Zudem muss der grüne Strom erst nach Linz transportiert werden. Und dazu braucht es wiederum entsprechende Leitungen. "Der Elektroofen braucht ein Upgrade der Infrastruktur", sagt Matthias Pastl. Im Großraum Linz gibt es derzeit eine 100-kV-Stromleitung. Sie wird für die Nachfrage nach Strom der Voestalpine aber nicht ausreichen. Pastl zufolge müsste die Leitung auf 220 kV aufgerüstet werden.
Die Stahlindustrie steht vor dem größten Umbruch in ihrer Geschichte. Dampfende Kaminschlote gehören der Vergangenheit an. Die Hochöfen weichen sauberer Technologie. Es müssen neue Anlagen gebaut und die Produktionstechnik umgestellt werden. Der Umstieg auf grünen Stahl wird viele Milliarden Euro verschlingen. Die Politik ist also gefragt, denn ohne staatliche Unterstützung werden die Stahlhersteller die Transformation nicht stemmen können.
Und fest steht auch: CO2-Neutralität hat ihren Preis. "Diese Technologien werden die Kosten von Stahl steigen lassen. Es ist nicht billig und unsere Kunden sollten bereit sein, den Preis dafür zu bezahlen", sagte Lakshmi Mittal, Arcelormittal-Chef, kürzlich in einem "Financial Times"- Bericht.