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. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir Unterstützung durch die Politik brauchen. Denn nur mit den richtigen Rahmenbedingungen kann die Transformation der Industrie gelingen.
Neben der Senkung der CO2-Emissionen ist eine der obersten Prämissen des Unternehmens dabei: Kein Abschlag bei Qualität und Stahlgüten. Hochwertiger Stahl ist Innovationsmotor und essenzieller Werkstoff für zahlreiche Branchen – auch jene, die relevant für eine erfolgreiche Klimawende sind: etwa Elektromobilität oder Windenergie. Das soll auch in Zukunft so bleiben. Deswegen ist die Devise: Auf CO2 verzichten, aber etablierte Produktionsprozesse und Wertschöpfungsketten soweit wie möglich beibehalten.
Aktuelles zur Klimatransformation
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. So stellen wir sicher, dass Stahlproduktion auch in einer klimaneutralen Gesellschaft möglich ist – und sorgen so für die Zukunftsfähigkeit von Industrie und Arbeitsplätzen.
Mit Wasserstoff zum klimaneutralen Stahl
Das Konzept: Aus CO2 wird ein Rohstoff. Im September 2018 hat thyssenkrupp im Technikum Carbon2Chem® in Duisburg erstmals Methanol aus Stahlwerksgasen hergestellt.
Aus Hüttengasen des Duisburger Stahlwerks produziert die Pilotanlage kontinuierlich chemische Grundstoffe
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.
Seit 2019 erproben wir den Einsatz von Wasserstoff im laufenden Hochofen. Das Ziel: Die Ausstattung von Hochofen 9.
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.
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.
Mit einer zweiten, größeren DR-Anlage und einem weiteren Einschmelzer ersetzen wir einen weiteren kohlebasierten Hochofen.
Mit vier DR-Anlagen und vier Einschmelzern stellen wir unseren Stahl klimaneutral her
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.
Langfristig wird allein thyssenkrupp Steel rund 700.000 Tonnen pro Jahr benötigen und könnte zur Herstellung des dafür benötigten grünen Stroms locker über 3.000 Windräder am Laufen halten. Ein Fokus des Unternehmens liegt daher auf dem zügigen Aufbau einer Versorgungsinfrastruktur. Dazu laufen aktuell verschiedene Kooperationen, u.a. mit Energieunternehmen wie RWE, STEAG oder Wasserstoffspezialist Air Liquide und dem Elektrolyseanbieter thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers.
tkH2Steel®: Der Wasserstoffpfad
„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. Mittlerweile ist die erste Testphase erfolgreich abgeschlossen worden. Das Unternehmen hat dabei wichtige Erkenntnisse gesammelt, um die Versuche im nächsten Schritt auf alle Blasformen auszuweiten und die Technologie in den industriellen Großeinsatz zu übertragen. Dafür soll das Werk via Pipeline ans Wasserstoffnetz von Air Liquide angeschlossen werden. „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.
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
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. Wir kochen also weiterhin Stahl wie bisher – nur eben mit Wasserstoff und grünem Strom statt mit Kohle. Machbarkeit, Skalierbarkeit und Innovationskraft dieses Konzepts haben uns Anfang 2021 auch Wissenschaftler der RWTH-Aachen in einer Studie im Auftrag von thyssenkrupp Steel bestätigt.
Emissionen nutzen: Carbon2Chem®
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. In der zweiten Projektphase soll unter anderem die Eignung für die Zementherstellung oder in Müllverbrennungsanlagen getestet werden.
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. 2030 wollen wir jährlich bereits 3 Millionen Tonnen klimaneutralen Stahl anbieten – und so rund 6 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr einsparen. 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 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.
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.
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Business Segment Steel Europe
Mark Stagge
Leiter Media Relation
