PURESCRAP: Her mit dem Schrott!
Schrott ist ein wichtiger Sekundärrohstoff zur Stahlerzeugung und spielt generell eine Schlüsselrolle bei der Verringerung von Emissionen und dem Ressourcenverbrauch. Jede Tonne Schrott, die für die Stahlproduktion eingesetzt wird, vermeidet rund 1,5 Tonnen CO2, ca. 1,4 Tonnen Eisenerz, 740 kg Kohle und 120 kg Kalkstein (Quelle: Worldsteel Association). Bei der Rohstahlerzeugung im Konverter lassen sich laut aktueller industrieller Praxis 0,2-0,25 Tonnen Schrott pro Tonne Rohstahl einsetzen. Schrott dient im Konverter als Eisenträger und reguliert die Energiebilanz (Schrott als Kühlmittel, indem die bei der exothermen Entkohlung der Roheisenschmelze freigesetzte Energie zum Aufschmelzen des Schrottes genutzt wird). Beim Elektrostahlwerk liegt die Schrottrate bei bis zu 100 %. In einigen Fällen wird Schrott auch direkt im Hochofen als Eisenträger zugeführt, um einen Beitrag zur CO2-Reduktion zu leisten.
Bei der Rohstahlerzeugung im Konverter lassen sich laut aktueller industrieller Praxis 0,2-0,25 Tonnen Schrott pro Tonne Rohstahl einsetzen. Schrott dient im Konverter als Eisenträger und reguliert die Energiebilanz (Schrott als Kühlmittel, indem die bei der exothermen Entkohlung der Roheisenschmelze freigesetzte Energie zum Aufschmelzen des Schrottes genutzt wird). Beim Elektrostahlwerk liegt die Schrottrate bei bis zu 100 %. In einigen Fällen wird Schrott auch direkt im Hochofen als Eisenträger zugeführt, um einen Beitrag zur CO2-Reduktion zu leisten.
Die Verfügbarkeit minderwertigerer Schrottsorten (u.a. Altschrott) nimmt weltweit zu. Die Worldsteel Association nimmt an, dass das Altschrottaufkommen bis zum Jahr 2050 auf rund 900 Millionen Tonnen anwachsen wird (2020 waren es rund 400 Millionen Tonnen Altschrott). Einige Stahlprodukte können aufgrund von Begleitelementen wie Kupfer, Zinn, Chrom, Nickel oder Molybdän nicht gänzlich aus Schrott hergestellt werden. Zusätzlich werden Überschüsse an Altschrott, der nicht direkt wieder eingesetzt werden kann, aus der EU exportiert. Im Jahr 2023 waren dies EU-weit gesehen rund 19 Millionen Tonnen (Export hauptsächlich in die Türkei und Ägypten). Im Gegensatz muss Schrott höherer Qualität in die EU importiert werden, um den Schrottbedarf zu decken (rund 4 Millionen Tonnen Import für 2023, Quelle: BIR Bureau of International Recycling), die EU ist somit ein Nettoschrottimporteur. Österreich muss ebenfalls viel Schrott importieren (Import bzw. Export liegen bei jeweils rund 1 Millionen Tonnen. Quelle: Worldsteel Association), was einen kostenintensiven, aber auch ressourcentechnischen Nachteil bedeutet, da exportierter Schrott für Österreich als wertvoller sekundärer Eisenträger nicht mehr nutzbar ist.
Hier setzt das von der Europäischen Kommission co-finanzierte Projekt PURESCRAP (Purity improvement of scrap metal) an und versucht, eine optisch-spektroskopische Sensorkette zur Schrottcharakterisierung in einen bestehenden Schrottaufbereitungsprozess zu integrieren. Der Fokus liegt auf Schredderschrott und Schwerschrott (großflächige Schrottblöcke, siehe folgende Abbildung).
Konzept des EU-Projektes PURESCRAP zur Charakterisierung von Schwer- und Schredderschrott.
Für Schwerschrott wird die Sensorstation nach dem Schneiden zur Überwachung der Schrottqualität als Zwischenschritt eingesetzt (siehe oberer Teil von Abbildung 1). Für geschredderten Schrott erfolgt die sensorbasierte Schrotterkennung nach den Aufbereitungsstufen Siebung, Sichtung (Zyklon), Magnetabscheidung (Eisenabtrennung) und einer Handsortierung. Für diesen Schrotttyp soll die nachgeschaltete sensorgestützte Sortierung eine effiziente Ausschleusung von Verunreinigungen ermöglichen (siehe unterer Teil von Abbildung 1). Für beide Schrotttypen werden dieselben Sensorsysteme verwendet, jedoch angepasst auf die unterschiedlichen Gegebenheiten. Zur chemischen Analyse werden Röntgenfluoreszenz (XRF) und laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) eingesetzt und gekoppelt mit optischen Sensoren zur Erkennung von Volumen und Masse des Materials.
Übergeordnete Ziele:
- verbesserte Charakterisierung der Zusammensetzung von Altschrott durch gekoppelte spektroskopische und optische Sensorik
- Bilderkennungs- und Verarbeitungsmodelle unter Einsatz künstlicher Intelligenz (Deep Learning Algorithmen)
- Quantifizierung einer möglichen höheren Einsatzrate von Altschrott zur Erzeugung hochwertiger Stahlsorten
- Bewertung einer CO2-Einsparung für die Produktion bestimmter Stahlsorten
Das Projektkonsortium umfasst 12 Partner aus 6 Ländern und wird koordiniert von SWERIM AB aus Schweden. Die Steiermark ist prominent vertreten. REDWAVE, Kompetenzcenter der BT-Systems GmbH mit Sitz in Eggersdorf bei Graz, ist zuständig für die Schrottanalyse mittels Röntgenfluoreszenz. voestalpine Stahl Donawitz GmbH ist einer der beiden Stahlproduzenten im Konsortium und spielt eine zentrale Rolle bei der Bewertung der generierten Schrottqualitäten. Der charakterisierte und entsprechend nachsortierte Schrott wird zur Produktion bestimmter Standardstahlgüten verwendet, wobei voestalpine Stahl Donawitz GmbH vom COMET-Zentrum K1-MET GmbH als drittem Partner mit Steiermark-Bezug unterstützt wird. In den Kampagnen (Schrottschmelzen und Vergießen mit begleitender Analytik) soll bei voestalpine Stahl Donawitz GmbH quantifiziert werden, ob der „neue verbesserte“ Schrott ausreichend Qualität aufweist. Daneben leitet K1-MET GmbH die Aktivitäten betreffend Wissenstransfer und Kommunikation (Dissemination, Exploitation, Communication).
Weitere Partner im Projekt neben dem Koordinator SWERIM und den genannten steirischen Partnern sind:
- Danieli Automation (Italien)
- Europäische Stahltechnologieplattform ESTEP (Belgien)
- Spectral Industries (Niederlande)
- SSAB (Schweden)
- Stena Recycling (Schweden)
- Technische Universität Dortmunt (Deutschland)
- Universität Lulea (Schweden)
- Universität Sant’Anna Pisa (Italien)
PURESCRAP wird von der Europäischen Union gefördert (Fördervertragsnr. 101092168) und ist Teil des Clean Steel Partnership Programms von Horizon Europe.
