Hamburger Stahlwerk plant sauberen Stahl
ArcelorMittal will bis 2050 in Europa klimaneutral sein
Von Verkehrsmitteln wie Auto, Fahrrad oder Zug über Elektrogeräte wie Kühlschrank, oder Waschmaschine bis hin zu Produkten wie Stahlbeton, Stahlgürtelreifen, Maschendraht, Sektverschluss-Draht oder Federkernmatratze – ohne Stahl ist das moderne Leben praktisch nicht vorstellbar. Das Problem dabei: Wer heute Stahl produziert, arbeitet wesentlich mit Verfahren, die bereits seit hunderten von Jahren Anwendung finden. Und diese traditionellen Technologien sind heute weltweit verantwortlich für sieben bis neun Prozent der CO2-Emissionen. Allerdings: Anders als bisher geht es in der Produktion nicht. Und genau das will man im Hamburger Stahlwerk nun ändern.
Die bestehende Midrex-Anlage am Hamburger Produktionsstandort ist diejenige mit dem geringsten CO2-Ausstoß für die Qualitätsstahlproduktion in Europa. Jährlich werden 980.000 Tonnen Eisenerzpellets zu Eisenschwamm verarbeitet, der zu 95 Prozent aus reinem Eisen besteht. Foto: ArcelorMittal
Stahl herstellen: seit hunderten von Jahren das gleiche Prinzip
Um Stahl herzustellen, benötigt man vor allem reines Eisen. Dieses veredelt man mit unterschiedlichen Metallen wie etwa Chrom, Nickel, Cobalt, Molybdän, Wolfram oder Mangan und beeinflusst damit die Eigenschaften des Stahls – etwa abriebfest und verschleißarm für Baggerschaufeln oder elastisch und formstabil für Auto- oder Kugelschreiberfedern. Da reines Eisen in der Natur praktisch nicht vorkommt, benötigt man Eisenerz als Ausgangsprodukt, ein metallisches Gestein, das vor allem aus Eisenoxid, also Eisen und Sauerstoff besteht. Will man diese beiden Stoffe voneinander trennen, erhitzt man das Eisenerz mit Kokskohle – oder manchmal mit Erdgas, das ebenfalls zu großen Teilen aus Kohlenstoff besteht – auf mehr als 1.300 Grad. Der Kohlenstoff bindet den Sauerstoff. Es entstehen reines Eisen und leider auch Kohlendioxid, also CO2. Jetzt plant der größte Stahlhersteller der Welt ArcelorMittal in seinem Hamburger Werk, den Kohlenstoff durch Wasserstoff zu ersetzen – eine Revolution.
Neue Technologien entwickeln – auch wenn es aufwändig ist
Es ist vor allem die Erkenntnis, dass CO2 ein wesentlicher Treiber der globalen Erwärmung ist, die ArcelorMittal zum weltweiten Vorreiter der Branche werden lässt. Der Konzern hat kürzlich angekündigt, dass man in Europa, wo das Unternehmen seinen größten Fußabdruck hinterlässt, bis 2050 klimaneutral sein will. Allerdings stehen die Technologien dafür bis heute noch gar nicht zur Verfügung. Die Herstellung von CO2-neutralem Stahl war bisher eine Wunschvorstellung. Doch auch wenn es aufwändig ist: Seit kurzem ist das Thema ‚Stahl mit Wasserstoff‘ im Hamburger Stahlwerk ein konkretes Projekt.
Für einen Großteil der CO2-Emissionen verantwortlich ist vor allem der erste Produktions-Schritt, bei dem der Sauerstoff vom Eisen getrennt werden muss. Deswegen hat man das Verfahren, mit dem man in Hamburg seit Bestehen des Stahlwerks Anfang der 1970er Jahre Sauerstoff und Eisen voneinander trennt, analysiert. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren: In Hamburg setzt ArcelorMittal das so genannte Midrex-Verfahren mit Erdgas ein und nicht den Hochofen mit Kokskohle. So entstand vor einigen Jahren die Idee, das Eisenoxid nicht mehr mit Erdgas, sondern mit Wasserstoff, also H2, reagieren zu lassen. Und wenn dann der Wasserstoff den Sauerstoff bindet, entsteht einerseits Eisen und andererseits Wasserstoffoxid, kurz: H2O oder Wasser.
Doch was so einfach klingt, gehört zu den anspruchsvollsten technologischen Herausforderungen, denen man sich aktuell in einem Stahlwerk stellen kann. Denn der komplexe Prozess muss von Anfang an neu gestaltet und berechnet werden. Im Labor, das fand man schnell heraus, funktionierte die Idee. Ob sie als großtechnische Anlage mit einer Jahresproduktion von 1.000.000 Tonnen oder mehr möglich ist, kann niemand mit absoluter Sicherheit sagen. Genau deshalb soll bei ArcelorMittal Hamburg jetzt eine Demonstrationsanlage im industriellen Maßstab mit zunächst 100.000 Tonnen entstehen. Rund 65 Millionen Euro wird das Projekt wohl kosten. Und wenn es funktioniert, legt diese Hamburger Anlage die Basis für eine CO2-neutrale Stahlproduktion.
Ideale Bedingungen in Hamburg
Damit die Anlage funktioniert, benötigt ArcelorMittal über das Stahlwerk hinaus ein ineinandergreifendes Gesamtsystem, das von der Energieerzeugung und –nutzung über die Roheisengewinnung bis zur Stahlerzeugung alle Prozesse miteinander verzahnt und bei dem Rohstoff- wie Energiefragen geklärt sind. Hier kommen die Vorteile von Hamburg ins Spiel. Mit den riesigen Offshore-Windparks vor der norddeutschen Küste steht bereits heute zu vielen Zeiten Strom zur Verfügung, der nicht ins Netz eingespeist werden kann. Und im Hamburger Hafen in der Nachbarschaft von ArcelorMittal plant man gerade die größte Elektrolyse-Anlage der Welt, mit der ebenfalls in industriellem Maßstab Wasserstoff hergestellt werden soll. Diese Anlage könnte den verfügbaren Strom immer dann verwenden, wenn das Netz nicht aufnahmefähig ist und er sozusagen kostenfrei zur Verfügung steht. ArcelorMittal wiederum könnte den grünen Wasserstoff von nebenan nutzen, um CO2-neutralen Stahl zu produzieren.
100.000 Tonnen Eisen soll die Wasserstoff-Anlage ab 2024 herstellen – sie erreicht damit knapp 15 Prozent des Volumens der großen Anlage. Mitte September hat ArcelorMittal den Technologieanbieter Midrex mit der Planung beauftragt. Wenn die Anlage wie geplant 2024 in Betrieb geht, wird sie weltweit die größte ihrer Art sein – und vielleicht eine Blaupause für die künftige europa- oder weltweite CO2-neutrale Stahlproduktion.
Red. NW / Rei