Technologien in der Industrie

Der Einsatz von grünem Wasserstoff in der Stahlproduktion ist eine viel versprechende Option, um die CO2-Emissionen erheblich zu senken. Aber es verbleiben auch unter Berücksichtigung der heute absehbaren technischen Innovationen noch CO2-Emissionen.

In Deutschland werden jährlich ca. 45 Mio. Tonnen Stahl erzeugt. Die Stahlherstellung erfolgt heute überwiegend durch kohle bzw. koksbasierte Prozesse zur Reduktion von Eisenerz im Hochofen. Dabei werden große Mengen CO2 emittiert. Eine Alternative zur gängigen Eisenerzreduktion im Hochofen unter Einsatz von Kohlenstoff ist die Direktreduktion von Eisenerz unter Einsatz von Wasserstoff. Darüber hinaus wird Wasserstoff bereits heute in der Stahlverarbeitung als Inertgas [1] eingesetzt. Dieser Wasserstoff wird bisher aus Erdgas mittels Dampfreformierung gewonnen. Grundsätzlich kann der heutige und der für die Direktreduktion zukünftig benötigte Wasserstoffbedarf sukzessiv durch grünen Wasserstoff gedeckt werden. Durch eine vollständige Substitution des Kohle- bzw. Koksbedarfs können erhebliche Mengen an THG eingespart werden. Eine Tonne Stahl, welche konventionell durch die Hochofenroute produziert wird, weist Emissionen von ca. 1.600 kg CO2/t auf, Stahl aus der Direktreduktion mittels grünem Wasserstoff hingegen nur ca. 80 kg CO2/t. Durch eine Vorortproduktion könnten auch die heute üblichen LKW-Transporte des Wasserstoffs zur Stahlproduktionsanlage nahezu vollständig entfallen.

[1] Reaktionsträges Gas, das sich an nur wenigen chemischen Reaktionen beteiligt.

Verbleibende Emissionen können durch den Einsatz von Carbon Capture and Storage (CCS) oder Carbon Capture and Utilization (CCU) vermieden werden.

CCU und CCS

Die Kohlendioxidabscheidung und -nutzung (CCU) bezeichnet die Verwendung von reinem CO2 bzw. CO2-haltigen Gasgemischen als Ausgangsmaterial zur Herstellung von synthetischen Brennstoffen, Chemikalien und Materialien. In Abgrenzung zu Kohlendioxidabscheidung und -speicherung (CCS), bei dem CO2 in geologischen Formationen dauerhaft gelagert wird, wird bei CCU das eingefangene CO2als Wertstoff betrachtet.

Die Verwendungsmöglichkeiten für CO2 unterscheiden sich danach, wie schnell das Kohlendioxid wieder freigesetzt wird. Harnstoff beispielsweise, der meist als Dünger verwendet wird, kann CO2 in dieser Form bis zu sechs Monate, als Vorprodukt für Harze oder Klebstoff auch über längere Zeiträume, binden, bevor es wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Bei der Nutzung in der Lebensmittelindustrie (zum Beispiel für Mineralwasser oder bei der Herstellung von löslichem Kaffee) kann die Bindungsdauer zwischen Tagen und Jahren variieren. Bei CCU für die Herstellung von synthetischem Methan oder synthetischen Treibstoffen wird das Kohlendioxid bei der Verbrennung der synthetischen Energieträgerwieder freigesetzt.[1]

Die Emissionsbilanz der einzelnen Verfahren ist stark durch die Herkunft des CO2 bedingt. Beim Direct Air Capture Verfahren wird es der Atmosphäre entzogen. Eine anschließende Verwertung und damit mögliche Freisetzung wäre nahezu klimaneutral. Wird CO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe verwendet, führt CCU in dem Maße zu einer Einsparung von Emissionen, wie es die Nutzung fossiler Alternativen vermeidet. Für die Emissionsbilanz zu berücksichtigen ist in beiden Fällen der zusätzliche Energieaufwand (Wärme und Strom) für die Abscheidung.

[1] Mac Dowell, Niall (2017): Perspectives on the role and value of CCU in climate change mitigation. London.

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