Methan
28.08.2018

Forscher wollen Stahlindustrie klimafreundlicher machen

Foto: iStock
In vielen Produktionsschritten der traditionellen Stahlherstellung entsteht Kohlendioxid.

Bei der Stahlproduktion entstehen große Mengen an Kohlendioxid. Ein neues Forschungsprojekt will jetzt ein Verfahren testen, das den Ausstoß reduzieren soll – mithilfe von „grünem“ Wasserstoff.

Ein neues Forschungsprojekt will ein Verfahren untersuchen, das die Stahlindustrie klimafreundlicher machen könnte. Anstatt Erdgas für die Energieerzeugung in Stahlwerken zu verwenden, soll aus Gasen, die bei der Stahlproduktion entstehen, zusammen mit „grünem“ Wasserstoff aus erneuerbarem Strom Methan hergestellt werden. Das Projekt „i3upgrade“, das die Universität Erlangen-Nürnberg koordiniert, wird mit zwei Millionen Euro von der EU gefördert und läuft ab diesem Sommer dreieinhalb Jahre lang.

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Der Prozess der Stahlherstellung ist aufwendig und braucht viel Energie und Rohstoffe – neben Eisenerzen meistens Steinkohle und Erdgas. Als erster Schritt wird Steinkohle in Kokereien zu Koks verarbeitet, wobei Kokereigas frei wird. Koks wiederum wird gebraucht, um im Hochofen die Eisenerze, die als Oxide vorliegen, zu Roheisen zu reduzieren. Als Nebenprodukt entsteht Kohlendioxid.

Gase durch Wasserstoff aufwerten

Um dann aus dem Roheisen Stahl herzustellen, gibt es mehrere Verfahren. Am verbreitetsten ist weltweit der Sauerstoff-Konverter. Dort wird das flüssige Roheisen „gereinigt“, indem Sauerstoff in auf die Schmelze geblasen wird. Dadurch verbrennen im Stahl Elemente wie Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff. Auch hierbei entsteht Kohlendioxid.

Die Gase, die in diesen Prozessen entstehen, werden als Kuppelgase bezeichnet. Diese wollen die Erlanger Wissenschaftler nun nutzen, um daraus Methan herzustellen – und zwar mit Wasserstoff, der aus erneuerbarer Energie gewonnen wird. „Wir wollen versuchen, diese Gase durch Wasserstoff aufzuwerten“, erklärt Peter Treiber vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik der Universität.

Industriepartner liefern Gasproben

Denn normalerweise ist in den Kuppelgasen nicht genügend von dem Gas enthalten, um daraus Methan herzustellen. Methan ist aber wertvoll, weil es für das Kraftwerk des Stahlwerks genutzt werden und Erdgas ersetzen kann. Auch Methanol soll laut dem Plan der Erlanger an dieser Stelle hergestellt werden.

„Methanol hat gegenüber Methan den Vorteil, dass es leichter von den anderen Gasen abtrennbar ist, weil es flüssig ist“, so Treiber. Der Stoff könnte anschließend beispielsweise als Treibstoff genutzt werden. „Allerdings läuft die Methanolsynthese bei höheren Drücken ab.“ Ein Teil des Projekts ist es deshalb, diesen Prozess zu erforschen. Zwei Lehrstühle in Erlangen machen dafür sowohl Experimente als auch Simulationen. Industriepartner stellen Gasproben zur Verfügung.

Wichtig: Wasserstoff muss aus grünem Strom hergestellt sein

Wie viel CO2 mit dem neuen Prozess genau eingespart werden kann, wissen die Forscher noch nicht. „Das CO2 aus den Kuppelgasen kann ich mithilfe von Wasserstoff zwar nur recyceln“, erklärt Treiber. Denn wenn das entstandene Methan in Kraftwerken als Brennstoff eingesetzt wird, wird es ohnehin wieder freigesetzt. „In der Summe senke ich aber den CO2-Ausstoß.“ Wichtig ist aber natürlich, dass der eingesetzte Wasserstoff auch wirklich mit grünem Strom hergestellt wurde.

Die Wissenschaftler wollen aber nicht nur die Synthese von Methan und Methanol erforschen. Sie wollen auch wissen, wie sich der Einsatz von Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen auf die Herstellung der Stoffe auswirkt. „Wenn wir über die Integration von erneuerbarem Wasserstoff sprechen, müssen wir uns auf unterschiedliche Ströme einstellen“, erklärt Treiber. Denn durch die schwankenden Strommengen schwanke auch die Menge an Wasserstoff.

Vattenfall startet ebenfalls Pilotversuch

Die Erlanger Forscher sind aber nicht die einzigen, die daran arbeiten, die Stahlindustrie klimafreundlicher zu machen. In Schweden beispielsweise will der Energiekonzern Vattenfall gemeinsam mit dem Stahlhersteller SSAB und dem Bergbaukonzern LKAB in diesem Sommer einen Pilotversuch starten, in dem ganz auf Koks verzichtet wird. Das Eisenerz soll dabei direkt mit Hilfe von grünem Wasserstoff reduziert werden. Langfristig will die Initiative dazu beitragen, den schwedischen Treibhausgasausstoß um zehn Prozent zu senken.

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Friedrike Meier
Keywords:
Stahlindustrie | Stahlproduktion | grüner Wasserstoff | Kohlendioxid
Ressorts:
Technology

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