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Mit Wasserstoff zur klimaneutralen Stahlproduktion


Die Klimastrategie von thyssenkrupp Steel zur nachhaltigen Stahlproduktion

Das Ziel ist klar: Bis 2050 soll die Stahlproduktion bei thyssenkrupp klimaneutral werden. Mit seiner Klimastrategie forciert das Unternehmen die bisherigen Aktivitäten zur Emissionsreduzierung, steht für die Übernahme gesellschaftlicher Verantwortung und bekennt sich zum Pariser Klimaschutzabkommen von 2015. In einem ersten Zwischenziel möchte thyssenkrupp bis zum Jahr 2030 die Emissionen aus Produktion und Prozessen im eigenen Unternehmen sowie die Emissionen aus dem Bezug von Energie gegenüber dem Referenzjahr 2018 um 30 Prozent senken.

Klimastrategie thyssenkrupp Steel

Klimaneutral in die Zukunft


Transformation der Stahlproduktion

Vom Eisen zum Stahl

thyssenkrupp Steel hat die Emissionen in der Stahlherstellung in den vergangenen Jahren kontinuierlich und deutlich gesenkt und dabei die Prozesse nah an ihre theoretischen Optima herangeführt. Um eine klimaneutrale Stahlproduktion zu erreichen, bedarf es daher grundlegender technologischer Veränderungen. thyssenkrupp Steel verfolgt dabei einen technologieoffenen Ansatz und setzt auf zwei Pfade: die Vermeidung von CO2 durch den Einsatz von Wasserstoff („Carbon Direct Avoidance“, CDA) sowie die Nutzung von anfallendem CO2 („Carbon Capture and Usage“, CCU). Dabei geht thyssenkrupp schrittweise vor.

Zwei Technologiepfade – ein Ziel

Mit Wasserstoff zum klimaneutralen Stahl

Zwei Technologiepfade – ein Ziel
Die Weltpremiere
2018

Das Konzept: Aus CO2 wird ein Rohstoff. Im September 2018 hat thyssenkrupp im Technikum Carbon2Chem® in Duisburg erstmals Methanol aus Stahlwerksgasen hergestellt.

Die Industrialisierung
ab 2020

Aus Hüttengasen des Duisburger Stahlwerks produziert die Pilotanlage kontinuierlich chemische Grundstoffe

Großtechnischer Einsatz
ab 2025

In einer Anlage nutzen wir CO2, das sich nicht vermeiden lässt, im industriellen Maßstab als Rohstoff. Die Carbon2Chem®-Technologie ist auch für andere Industrien, wie zum Beispiel die Zementindustrie, anwendbar.

H2 im Hochofen
2019 - 2022

Seit 2019 erproben wir den Einsatz von Wasserstoff im laufenden Hochofen. Das Ziel: Die Ausstattung von Hochofen 9.

Der Meilenstein
ab 2024

Mit einer großtechnischen Direktreduktionsanlage (DR), die perspektivisch mit grünem H2 betrieben wird, produziert thyssenkrupp Eisenschwamm, der zunächst in den Hochöfen (BF) verarbeitet wird, was weitere Emissionsminderungen ermöglicht.

Der Einschmelzer
ab 2026

Mit einem neuen, strombetriebenen Schmelzaggregat optimieren wir das Roheisensystem. Der Eisenschwamm aus der DR-Anlage wird so für das Oxygenstahlwerk verflüssigt. So ersetzen wir einen ersten kohlebasierten Hochofen.

Die Skalierung
ab 2030

Mit einer zweiten, größeren DR-Anlage und einem weiteren Einschmelzer ersetzen wir einen weiteren kohlebasierten Hochofen.

Klimaneutralität
ab 2050

Mit vier DR-Anlagen und vier Einschmelzern stellen wir unseren Stahl klimaneutral her

Fortlaufende Weiterentwicklung der Klimastrategie

klimaneutral bis 2050

Die beiden Pfade entwickelt thyssenkrupp Steel kontinuierlich weiter. Das Unternehmen ist immer auf der Suche nach noch effizienteren Lösungen oder Möglichkeiten, die Transformation zu beschleunigen – etwa durch neue technologische Erkenntnisse. Beim Wasserstoffpfad berücksichtigt thyssenkrupp Steel zudem stets die Verfügbarkeit von Wasserstoff, denn die Wasserstoffwirtschaft steht noch am Anfang ihrer Entwicklung.

tkH2Steel: Der Wasserstoffpfad


Der Test – Wasserstoff im Hochofen

Der Test – Wasserstoff im Hochofen

„Statt Kohlenstoff setzen wir im Hochofen Wasserstoff ein“, erklärt Dr. Arnd Köfler, Produktionsvorstand von thyssenkrupp Steel den ersten Schritt zur Vermeidung von CO2-Emissionen. Der Wasserstoff ersetzt dabei Einblaskohle: Wo beim Kohleeinsatz CO2 entsteht, entsteht beim Einsatz von Wasserstoff Wasserdampf. Am 11. November 2019 erfolgte am Standort Duisburg-Hamborn der Auftakt zum weltweit ersten von mehreren Versuchen zur Wasserstoffzufuhr an einer der insgesamt 28 Blasformen des „Hochofens 9“. Den Wasserstoff liefert das Unternehmen Air Liquide per Tanklastwagen. Gefördert wird das Projekt von der Initiative IN4climate der Landesregierung NRW. In den ersten Monaten seit Beginn der Versuche hat thyssenkrupp Steel bereits gute Fortschritte bei den Tests gemacht und wichtige Erkenntnisse gewonnen.

Um ambitionierten Klimaschutz mit einer auch in Zukunft global wettbewerbsfähigen Industrie zu erreichen, muss es Innovationen bei industriellen und energieintensiven Prozessen wie der Stahlherstellung geben. Diesen Transformationspfad möchten wir als Land Nordrhein-Westfalen gemeinsam mit der Industrie und der Wissenschaft gehen. Das Pilotprojekt zeigt, dass unsere Initiative IN4climate.NRW bereits erste Früchte trägt. Ich bin froh, dass wir thyssenkrupp Steel, Air Liquide und das BFI hier als innovative Partner an unserer Seite haben.

Prof. Dr. Andreas Pinkwart, Minister für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen Link zur Pressemitteilung 1. Projektphase

Mitschnitt vom 28.08.2020

Mitschnitt vom Einblasversuch am 11.11.19

Impressionen vom Einblasversuch am 11.11.2019

Vollausstattung des Hochofens 9 mit Wasserstoff

Vollausstattung des Hochofens 9 mit Wasserstoff

Bei erfolgreichem Abschluss der Versuche an einer Blasform soll dies im nächsten Schritt bis 2022 auf alle 28 Blasformen des Hochofens ausgeweitet werden. Die Versorgung findet dann über ein Leitungsnetz von Air Liquide statt, von dem eine 6,5 Kilometer lange Verbindung zum Hochofen gelegt wird. „Theoretisch ist mit dem Ersatz des Kohlenstaubs durch Wasserstoff an dieser Stelle im Produktionsprozess ein Einsparpotenzial von bis zu 20 Prozent des sonst anfallenden CO2 möglich“, erklärt Dr. Arnd Köfler.

Der entscheidende nächste Schritt: Direktreduktion

 Der entscheidende nächste Schritt: Direktreduktion

Auch wenn die Umstellung des Hochofens 9 auf Wasserstoff kurzfristig erste Senkungen und auch ein erstes grünes Produkt ermöglicht, ist eine grundsätzliche Umstellung der Stahlproduktion notwendig. Eine entscheidende Veränderung stellt der Aufbau von Direktreduktionsanlagen (DR-Anlagen) dar. Die DR-Anlagen werden mit Gasen betrieben. Nutzt man dabei Wasserstoff, arbeiten sie emissionsfrei. Da klimaneutral produzierter Wasserstoff auf absehbare Zeit allerdings nicht in ausreichend großen Mengen verfügbar sein wird, kann vorrübergehend auch Erdgas eingesetzt werden. Dies senkt die Emissionen gegenüber der kohlebasierten Hochofenroute bereits deutlich. Die erste großtechnische DR-Anlage wird thyssenkrupp Steel im Jahr 2024 in Betrieb nehmen.

Integration der DR-Anlagen ins bestehende Hüttenwerk

Im Gegensatz zum Hochofen produzieren DR-Anlagen kein flüssiges Roheisen, sondern festen Eisenschwamm („Direct Reduced Iron“, DRI). Damit dieser zu hochwertigem Stahl weiterverarbeitet werden kann, muss er zu einem roheisenähnlichen Produkt eingeschmolzen werden. Gemeinsam mit Anlagenbauern arbeitet thyssenkrupp Steel daher an einem völlig neuen Aggregat, um das Roheisensystem zu optimieren. Dabei handelt es sich um strombetriebene Einschmelzer, die mit den DR-Anlagen kombiniert werden. So erzeugen die Direktreduktionsanlagen mit Einschmelzer – genauso wie ein Hochofen – kontinuierlich ein flüssiges Produkt. In der Folge können die neuen Anlagen nahtlos in den bestehenden Hüttenverbund eingegliedert werden. Das hat den großen Vorteil, dass die bestehenden und erprobten Prozesse in den Duisburger Oxygenstahlwerken beibehalten werden können. Dort wird das flüssige Produkt zu den bewährten Stahlgüten weiterverarbeitet.

Emissionen nutzen: Carbon2Chem®


Hüttengase als Rohstoff

Der zweite Technologiepfad, den thyssenkrupp verfolgt, um bis 2050 klimaneutral zu werden, ist das Projekt Carbon2Chem®. Mit ihm bereitet das Unternehmen Prozessgase auf, die bei der Stahlproduktion anfallen, und verarbeitet sie weiter. Die Bundesregierung hat die erste Phase des Projekts ab 2016 mit mehr als 60 Millionen Euro gefördert. Seit 2020 läuft die zweite Phase, die ebenfalls von der Bundesregierung mit 75 Mio. Euro gefördert wird. „Bei der Stahlproduktion entsteht Hüttengas mit kohlenstoffhaltigen Komponenten. Mit Carbon2Chem® gewinnen wir daraus Basischemikalien für die chemische Industrie, für die sonst Synthesegas aus importierten fossilen Ressourcen wie Öl oder Erdgas benötigt wird“, beschreibt Dr. Markus Oles, Projektkoordinator Carbon2Chem®, den zentralen Ansatz. „Aus den Basischemikalien lassen sich dann beispielsweise Dünger, Kunststoffe oder Treibstoffe herstellen.“

Seit September 2018 arbeitet thyssenkrupp im Technikum Carbon2Chem® in Duisburg an der Technologie und hat – weltweit zum ersten Mal – Ammoniak und Methanol aus Hüttengasen produziert.

Mit dem parallelen Einsatz beider Verfahren – Carbon2Chem® und dem Einblasen von Wasserstoff als Reduktionsmittel – kann thyssenkrupp die Emissionen auf der bestehenden Hochofenroute zukünftig deutlich reduzieren. Die Carbon2Chem®-Technologie ist auch für andere Industrien anwendbar.

Zur Carbon2Chem®-Seite

Erstes klimaneutrales Produkt 2022

Coils im Lager

Die Klimastrategie von thyssenkrupp Steel mit ihren beiden Pfaden ermöglicht sowohl langfristige Klimaneutralität als auch kurzfristige Einsparungen. Damit einher geht das baldige Angebot eines klimaneutralen Produkts. Mit dem Einsatz von Wasserstoff im Hochofen wird thyssenkrupp Steel bereits ab 2022 etwa 50.000 Tonnen bilanziell klimaneutralen Stahl pro Jahr produzieren. Mit dem Aufbau der DR-Anlagen wird diese Menge in den Folgejahren dann kontinuierlich ansteigen. Aufgrund der notwendigen Investitionen und des höheren Preises von Wasserstoff gegenüber Kohle geht thyssenkrupp Steel weiterhin von einem Aufpreis für klimaneutralen Stahl aus.

Die politischen Rahmenbedingungen


Die richtigen Weichen stellen

Weichen stellen

Die Umstellung der Produktionsverfahren auf Wasserstoff als Reduktionsmittel ist nicht nur in technischer Hinsicht eine anspruchsvolle Aufgabe. Auch politisch müssen kurzfristig auf europäischer und nationaler Ebene viele Weichen gestellt werden, damit die Transformation für thyssenkrupp und andere Stahlhersteller in betriebswirtschaftlicher Hinsicht zu leisten ist. Das beginnt damit, dass es eines regulativen Rahmens für den Bezug von Wasserstoff bedarf, damit dieser transportiert und in ausreichenden Mengen und zu wettbewerbsfähigen Preisen zur Verfügung stehen kann. Für die Produktion von „grünem“ Wasserstoff ist zugleich ein massiver Ausbau der erneuerbaren Energien erforderlich. Da der Bedarf nicht allein durch einen „Heimatmarkt“ gedeckt werden kann, muss über Importvarianten nachgedacht werden. Die von der Bundesregierung beschlossene Wasserstoffstrategie bietet einen wichtigen Ausgangspunkt für diese regulatorischen Fragen. Sie muss mit der europäischen Wasserstoffstrategie verzahnt werden.

Für die bauliche Anpassung der Anlagen und mit Blick auf die Erreichung der Klimaziele ist das Unternehmen darüber hinaus auf schnelle Genehmigungsverfahren angewiesen. Damit die wirtschaftliche Basis für die notwendigen Investitionen in die Transformation gewährleistet ist, dürfen sich die Produktionsbedingungen für die Stahlindustrie nicht verschlechtern. Dies betrifft insbesondere den Bezug von Energie und die Belastungen durch den Europäischen Emissionshandel (EU ETS). Um den Druck auf die Wirtschaftlichkeit der Transformation nicht weiter zu erhöhen, ist außerdem die effektive Anwendung bestehender oder die Schaffung neuer Handelsschutzinstrumente erforderlich, die die europäischen Stahlhersteller vor unfairen Importen schützen. Um einen Absatzmarkt für klimaneutralen Stahl zu schaffen, sind letztlich auch Anreize zu dessen Einsatz auf Abnehmerseite erforderlich.

Die Verantwortung der Stahlindustrie


Mission Klimaneutralität

Wasserelektrolyse mit grünem Strom

Fünf Jahre ist es her, dass sich 195 Länder darauf geeinigt haben, die Erderwärmung gemeinsam zu bremsen. Das verbindliche weltweite Übereinkommen der Pariser Klimaschutzkonferenz im Dezember 2015 wurde international als ein historischer Meilenstein gefeiert. Das langfristige Ziel, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf deutlich unter zwei Grad Celsius gegenüber vorindustriellen Werten zu begrenzen, ist eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe. Und die ist nur durch Maßnahmen lösbar, die ganzheitlich durchdacht und aufeinander abgestimmt sind. Die thyssenkrupp Steel Europe AG bekennt sich dazu, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren – und damit zu ihrem Beitrag, die Ziele des Pariser Übereinkommens zu erreichen.

Stahl wird wieder Stahl


Stahl steht für Kreislaufwirtschaft

Stahl hat sich als klimafreundlicher Werkstoff etabliert. Große Mengen des langlebigen Materials sind seit Jahrzehnten im Kreislauf und zu 100 Prozent wiederverwendbar. Weltweit werden jährlich rund 500 Millionen Tonnen Stahl recycelt und dadurch rund eine Milliarde Tonnen Rohstoff eingespart. Damit ist Stahl ein entscheidender Faktor auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft („Circular Economy“). Die Circular Economy zielt zudem darauf ab, die kohlenstoffbasierte Metallurgie weiter zu optimieren und Kohlenstoff in Synergie mit anderen Industriebranchen im Kreislauf zu nutzen.

Der Recyclingkreislauf spielt auch beim Life Cycle Assessment – kurz LCA – eine wichtige Rolle. Die Lebenszyklusanalyse rückt etwa im Automobilbau immer stärker in den Vordergrund. Sie zieht eine ökologische und ökonomische Gesamtbilanz von der Produktion über die Nutzungsphase bis zum Recycling. Stahl schneidet schon heute bei vielen LCA-Vergleichen deutlich besser ab als andere Werkstoffe. Wenn bei der Stahlproduktion künftig mehr CO2 eingespart wird, werden seine Vorteile noch stärker ins Gewicht fallen. Denn auch bei der Produktion weisen viele alternative Werkstoffe eine schlechtere Klimabilanz aus.

Neue Energie durch Stahl


Keine Energiewende ohne Stahl

eGolf

Eine klimaneutrale Gesellschaft ist ohne Stahl nicht vorstellbar. Viele Produkte und Industrien können nur mithilfe von Stahl technische Fortschritte erreichen und ihre Klimabilanz verbessern. „Keine Energiewende ohne Stahl“ ist die Devise: Windkrafttürme beispielsweise bestehen bis zu 80 Prozent aus Stahl. Ebenso unabdingbar ist Elektroband als Basiswerkstoff für effiziente Elektromotoren, Generatoren und intelligente Stromnetze.

Andersherum gilt: keine klimaneutrale Stahlproduktion ohne saubere Energie. Das macht deutlich, wie wichtig eine ganzheitliche Betrachtung des Themas Klimaschutz ist und wie eng Industrie und Energiewende miteinander verwoben sind.

Stahl macht es überhaupt erst möglich, die ambitionierten Klimaziele zu erreichen. Um die Stahlgewinnung auch in Zeiten der klimaneutralen Gesellschaft sicherzustellen, wird die Herstellung in den nächsten drei Jahrzehnten revolutioniert werden. Mit tkH2Steel hat sich thyssenkrupp bereits auf den Weg gemacht.

Auch wenn die Stahlproduktion energieintensiv ist: Auf Stahl zu verzichten, gleicht dem Versuch, die Uhr anzuhalten, um Zeit zu gewinnen.

Dr. Arnd Köfler, Mitglied des Vorstands der thyssenkrupp Steel Europe AG

Presse

  • Elektro-Roheisen aus Hochofen 2.0: thyssenkrupp stellt Bundeswirtschaftsminister Altmaier und Ministerpräsident Laschet innovatives Konzept zur grünen Transformation der Stahlhütte Duisburg vor

  • Grüner Wasserstoff für die Stahlproduktion: RWE und thyssenkrupp planen Zusammenarbeit

  • Mit Klima-Konjunkturprogramm Wirtschaft krisenfester machen –Unternehmen senden starkes Signal vor Petersberger Klimadialog.

  • Weg vom CO2: Großplakat an der A40 in Bochum verleiht der Klimastrategie von thyssenkrupp Steel Ausdruck

  • Weltpremiere in Duisburg: NRW-Wirtschaftsminister Pinkwart startet bei thyssenkrupp Versuchsreihe zum erstmaligen Einsatz von Wasserstoff im Hochofen

  • Grafik: Wasserstoff für den Hochofen

  • Wasserstoff statt Kohle. thyssenkrupp Steel startet wegweisendes Projekt für eine klimafreundliche Stahlproduktion am Standort Duisburg

Kontakt

ThyssenKrupp Contact

Business Segment Steel Europe

Mark Stagge

Leiter Media Relation

Telefon: +49 (0)203 52-25159

Fax: +49 (0)203 52-25707

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