Energiewende: Stahlherstellung mit Wasserstoff geht in den Testbetrieb

Die Produktion von Stahl macht acht Prozent der weltweiten CO2-Emissionen aus. Wasserstoff kann das deutlich senken. Golem.de erklärt, wie das geht.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 7. September 2020, 7:39 Uhr

Die Stahlherstellung ist derzeit ein großer Verursacher von CO2-Emissionen. (Bild: Sean Gallup/Getty Images)

Die moderne Eisenverhüttung im Hochofen wird seit zwei Jahrhunderten fast unverändert durchgeführt. Schichten von Kohle, Eisenerz und Zuschlagstoffen werden abwechselnd in den Hochofen gegeben und von unten wird heiße Luft eingeblasen. Die Kohle sorgt nicht nur für die Hitze, sondern auch für Kohlenmonoxid, das sich mit dem Sauerstoff im Eisenerz verbindet. Zurück bleiben Eisen, Schlacke und viel Kohlendioxid. Die Stahlherstellung soll derzeit etwa acht Prozent der weltweiten CO2 Emissionen ausmachen.

Aber es gibt Alternativen zur Kohle: In Schweden startete am 31. August der Betrieb einer Eisenverhüttung mit Wasserstoff, die den größten Teil der CO2-Emissionen vermeidet. Die Anlage wird von SSAB, LKAB und Vattenfall betrieben. Sie nennt sich Hybrit und soll die Grundlage für die Umstellung der Stahlindustrie bis 2035 bilden. Dabei geht die Anlage in Schweden jetzt schon viel weiter als Tests von Thyssen-Krupp und Air Liquide in Duisburg, wo lediglich Wasserstoff in einem normalen Hochofen zugesetzt wird. Erst 2024 sind dort Tests wie in Schweden geplant, wo Eisen nur mit Wasserstoff gewonnen wird.

Dabei ist auch für den Wasserstoffprozess keine völlig neu entwickelte Technologie notwendig, nur das Zusammenspiel der Abläufe ist neu und muss erprobt und optimiert werden, bevor der Prozess in der Breite angewendet werden kann. Das Verfahren ist weder perfekt noch günstig, aber er ist umsetzbar und die CO2-Emissionen werden um etwa 85 bis 90 Prozent gesenkt.

Die Wasserstoffproduktion ist die größte Hürde

Es wird geschätzt, dass die Kosten durch die Technik um etwa 20 bis 30 Prozent steigen. Vor allem der Stromverbrauch von etwa 3,5 MWh pro Tonne Stahl stellt ein erhebliches Problem dar. Schätzungen zufolge würde die Umstellung der gesamten deutschen Stahlindustrie auf Wasserstoff den jährlichen Stromverbrauch des Landes von rund 600 TWh auf 700 TWh erhöhen.

Die Wasserstoffproduktion ist ein zentraler Teil der Umstellung. Anders als in der Elektromobilität ist der Umweg über den Wasserstoff nicht weniger effizient als mögliche Alternativen. Es existieren Prozesse, in denen Eisenoxid direkt durch Elektrolyse zu metallischem Eisen umgesetzt werden kann. Aber Prototypen mit Elektroden aus Quecksilber Platin und Rhenium erreichen derzeit weder eine hohe Effizienz noch können sie einem dauerhaften Einsatz standhalten. Die mögliche Energieeinsparung, die auf bestenfalls 20 Prozent im Vergleich zur heutigen Wasserstofftechnik geschätzt wird, könnte auch durch Verbesserungen in der Elektrolyse erreicht werden.

Die Anlagen zur Reduktion des Eisenoxids mit Wasserstoff können hingegen mit längst erprobter Technik gebaut werden. Denn es gibt in der Stahlherstellung bereits eine Alternative zur Kohle: Etwa fünf Prozent der weltweiten Produktion wird mit Erdgas durchgeführt. Dabei wird das Erdgas zuerst bei hohen Temperaturen zusammen mit Wasserdampf zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt. Das Gas, das bei der sogenannten Dampfreformation entsteht, besteht zu drei Vierteln aus Wasserstoff. Bei der Umstellung auf 100 Prozent Wasserstoff gibt es allerdings noch ein paar Fallstricke.