Dekarbonisierung der Stahlindustrie

Die Stahlindustrie ist eine der wichtigsten Branchen der globalen Wirtschaft, aber auch eine der emissionsintensivsten. Weltweit verursacht sie etwa 7–9 % der CO₂-Emissionen, was ihre Dekarbonisierung zu einem zentralen Ziel macht, um die Pariser Klimaziele zu erreichen. Der Druck, Emissionen zu reduzieren, wächst – sowohl seitens der Politik als auch von der Gesellschaft. Eine Umstellung auf klimaneutrale Produktionsprozesse ist daher unerlässlich, um den Weg zu einer nachhaltigeren Zukunft zu ebnen.

Das AIT Austrian Institute of Technology ist ein führender Forschungs- und Beratungspartner, der innovative Technologien und Strategien zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie entwickelt.

Die Dekarbonisierung der Stahlindustrie ist komplex, da sie viele Herausforderungen mit sich bringt:

1. Hoher Energiebedarf: Stahlproduktion erfordert enorme Mengen an Energie, die derzeit größtenteils aus fossilen Brennstoffen stammen.
2. Technologische Abhängigkeit: Der traditionelle Hochofenprozess ist schwer zu dekarbonisieren und erfordert neue Ansätze wie die Direktreduktion.
3. Ressourcenverfügbarkeit: Grüner Wasserstoff als Schlüsselenergieträger ist noch nicht ausreichend verfügbar.
4. Regulatorische Unsicherheiten: Fehlende Rahmenbedingungen und Standards für „grünen Stahl“ erschweren die Transformation.
5. Hohe Kosten: Die Investition in neue Technologien ist kapitalintensiv und mit langfristigen Risiken verbunden.

1. Umstellung von Hochöfen auf Direktreduktionsanlagen (DRI)

Ein zentraler Schritt zur Dekarbonisierung ist der Wechsel von traditionellen Hochöfen zur Direktreduktion mit grünem Wasserstoff. Hierbei wird Eisenerz nicht mehr mit Koks reduziert, sondern mithilfe von Wasserstoff. Dadurch entstehen als Nebenprodukt nur Wasser statt CO₂.

Vorteile:

• Deutliche Reduktion der CO₂-Emissionen.
• Nutzung erneuerbarer Energiequellen zur Wasserstoffproduktion.

Herausforderungen:

• Hohe Betriebskosten.
• Mangel an grünem Wasserstoff und notwendiger Infrastruktur.

2. Erhöhung des Schrotteinsatzes in der Stahlproduktion

Schrottrecycling spielt eine entscheidende Rolle, da Stahl nahezu unbegrenzt recycelbar ist. Eine Erhöhung des Schrotteinsatzes verringert den Bedarf an Primärstahlproduktion und senkt die Emissionen erheblich.

Herausforderungen beim Schrotteinsatz:

• Fehlende Geschäftsmodelle zur Verbesserung des Recyclings.
• Mangel an hochwertigem Schrott aufgrund geringer Recycelbarkeit von Endprodukten.

3. Dekarbonisierung der Elektrostahlproduktion

Elektrostahlwerke, die mit erneuerbarem Strom betrieben werden, stellen eine weitere Säule der Dekarbonisierung dar. Hier kann der CO₂-Ausstoß minimiert werden, indem fossile Energien durch grüne Elektrizität ersetzt werden.

Das AIT bietet umfassende Lösungen zur Modernisierung der Stahlindustrie, mit einem besonderen Fokus auf Technologien und Infrastrukturen:

Integration von Wasserstofftechnologien

• Entwicklung von Wasserstoffbasierten Prozessen zur Eisenerzreduktion.
• Unterstützung beim Aufbau der notwendigen Wasserstoffinfrastruktur.

Flexibilisierung der Energieversorgung

• Entwicklung von Speicherlösungen, um Lastspitzen zu vermeiden und Energie optimal zu nutzen.
• Integration digitaler Werkzeuge zur Optimierung von Energieflüssen.

Erstellung von Transformationsszenarien

• Erstellung von Roadmaps für klimaneutrale Produktionsabläufe.
• Analyse der wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile neuer Technologien.

Im Rahmen des „transform.industry“-Projekts erarbeitet das AIT Strategien für eine umfassende Transformation der Industrie. Gemeinsam mit Stakeholdern werden Forschungs- und Innovationsschritte definiert, die notwendig sind, um die Klimaziele zu erreichen.

Zentrale Ergebnisse des Projekts:

1. Identifizierung von Treibern und Hemmnissen der Dekarbonisierung.
2. Entwicklung eines Transformationspfads zur CO₂-neutralen Stahlproduktion.
3. Einbindung relevanter Akteure aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.

Das AIT beteiligt sich aktiv an internationalen Projekten wie BAMBOO, um innovative Technologien zur Dekarbonisierung zu entwickeln und zu testen.

Technologien im Fokus:

• Abwärmenutzung: Industriewärmepumpen zur Umwandlung von Abwärme in Dampf.
• Flexibilitätsmanagement: Tools zur Optimierung des Energieverbrauchs.
• Hybridprozesse: Nutzung unterschiedlicher Energiequellen zur Steigerung der Effizienz.

Wärmepumpen-Dampferzeuger von AIT

Im Rahmen von BAMBOO entwickelt das AIT Wärmepumpen, die Abwärme zur Dampferzeugung nutzen. Diese Technologie ermöglicht:

• Reduktion des Primärenergieverbrauchs.
• Signifikante CO₂-Einsparungen durch Ersatz fossiler Dampferzeuger.