Eisenoxid-Elektrolyse: Stahlherstellung mit Strom statt Kohle

Das Forschungsprojekt Siderwin entwickelt einen Prozess zur klimafreundlichen Stahlherstellung mittels direkter Elektrolyse.

Artikel von Hanno Böck veröffentlicht am 6. Dezember 2021, 14:23 Uhr

Die Pilotanlage von Siderwin kann innerhalb von zwei Tagen etwa 100 Kilogramm grünen Stahl erzeugen. (Bild: Siderwin)

Der Kohleausstieg bei der Stromerzeugung könnte schneller kommen, als viele das erwartet haben. Doch Kohle wird nicht nur in Kraftwerken verbrannt. Auch die Stahlindustrie verbraucht ganz erhebliche Mengen Kohle und erzeugt dadurch Treibhausgase. Etwa sieben Prozent der weltweiten Kohlendioxid-Emissionen gehen auf die Stahlindustrie zurück.

Bei der Stahlproduktion dient Kohle vor allem dazu, Eisenoxid chemisch zu zerlegen, um daraus Roheisen zu gewinnen. Eine zurzeit viel diskutierte Alternative ist es, diese chemische Reduktion mit Hilfe von Wasserstoff durchzuführen. Ein Forschungsprojekt namens Siderwin, an dem der Stahlkonzern Arcelormittal beteiligt ist, untersucht in einer Pilotanlage in Frankreich eine andere Variante: Dort wird das Eisenoxid direkt mit Hilfe von Strom gespalten.

Hierfür wird eine Elektrolysereaktion genutzt. Die sollte nicht verwechselt werden mit der Elektrolyse von Wasser, die zur Produktion von Wasserstoff verwendet wird. Vielmehr findet bei Siderwind direkt eine Elektrolyse des Eisenoxids statt, es wird also in seine Bestandteile Eisen und Sauerstoff aufgespalten.

Eisenoxid wird in Sauerstoff und Eisen gespalten

Hierfür wird Eisenoxid in einer Wasserlösung zwischen zwei Metallplatten, die als Kathode und Anode fungieren, geführt. Eine elektrische Spannung zwischen den Platten sorgt dafür, dass sich an der Kathode Eisenmoleküle sammeln, während an der Anode Sauerstoffbläschen entstehen, die anschließend entweichen können.

Dieses Verfahren wurde zunächst im Ulcowin-Projekt in sehr kleinem Maßstab getestet. Ulcowin war dabei Teil eines Projekts der EU und der Stahlindustrie namens Ulcos, in der klimafreundlichere Stahlproduktionsmethoden getestet werden sollen.

Bei Ulcowin konnten in einem Durchlauf der Testanlage lediglich vier Kilogramm Eisen gewonnen werden. In der jetzt gebauten Siderwin-Pilotanlage wurde die Menge auf immerhin 100 Kilogramm erhöht, die in etwa zwei Tagen gewonnen werden können.

Ein offensichtlicher Vorteil: Statt mit Kohle wird das Ganze mit Strom betrieben - wenn der aus erneuerbaren Energien stammt, ist der Prozess nahezu klimaneutral. Doch das Projekt erhofft sich noch weitere Vorteile.

Abfälle aus der Aluminiumindustrie könnten als Rohstoff genutzt werden

So wird in der Pilotanlage auch getestet, ob eisenoxidhaltige Reststoffe als Rohstoff dienen können. Eine Möglichkeit hierfür sind Bauxitrückstände, die bei der Aluminiumproduktion als Abfallprodukt anfallen. Eine andere mögliche Option sind Eisenoxid-Rückstände aus der Stahlverarbeitung, die man als Abbrand bezeichnet.

Weiterhin ist die Siderwin-Technologie darauf ausgelegt, dass die Stromversorgung angepasst und unterbrochen werden kann. Das könnte in einem Energiesystem, in dem ein hoher Anteil an erneuerbaren Energien genutzt wird, eine mögliche Flexibilisierungsoption sein.