Susteel: Nachhaltiger Stahl durch Wasserstoffplasma
Die Idee, Wasserstoff anstelle von Kohlenstoff als Reduktionsmittel für die Stahlerzeugung einzusetzen, ist nicht neu. Bereits in den 1970ern wurden erste Forschungsprojekte gestartet. Dennoch ließ die Premiere für einen größeren Reaktor bis 2021 auf sich warten. In Zusammenarbeit mit der Montanuniversität, der voestalpine Stahl GmbH, und der voestalpine Stahl Donawitz GmbH, gelang es K1-MET, den ersten HPSR Reaktor mit einem Schmelzvolumen von ~100kg Stahl zu errichten und zu betreiben.
Der HPSR-Prozess ist die weltweit einzige Technologie, welche Stahl in einem Schritt aus Feineisenerzen mit Hilfe von Wasserstoff und elektrischer Energie erzeugen kann. Die Verwendung von feinen Eisenerzen ist dabei ein wichtiger Bestandteil, da die normalerweise notwendigen Agglomerationsprozesse wie Sintern oder Pelletieren entfallen. Dies führt zu einem entscheidenden energetischen Vorteil für den Prozess im Vergleich zur aktuellen Produktionsroute via Hochofen und LD-Konverter.
Grundlage für die Prozessentwicklung bildeten zahlreiche Laborversuche an der Montanuniversität Leoben. Diese lieferten den Nachweis des Funktionsprinzips und legten den Grundstein für den bisherigen Erfolg. Bereits 2017 startete das ambitionierte Projekt zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie in die Konzipierungs- und Planungsphase. Bereits zu diesem Zeitpunkt war klar, dass die geforderte 80-95% verringerte CO2-Emmision, welche heute für die Klimaneutralität der EU im Green Deal bis 2050 vorgegeben ist, durch die Anwendung dieses Prozesses erreichbar ist. Erste Testläufe der Anlage im März 2021 zeigten, dass diese Technologie auch im größeren Maßstab umsetzbar ist. Abbildung 2 zeigt reduziertes Material aus dem Versuchsreaktor. Das Material konnte bereits teilweise auf annähernd 100% reines Eisen reduziert werden. Bis die nächstgrößere Anlagenkapazität in Planung gehen kann, ist jedoch noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten. Der Teufel steckt oft im Detail.
Wirkungen und Effekte
Sustainable Steelmaking mit Hilfe des HPSR Prozesses liefert eine Lösung für die zukünftigen ambitionierten Anforderungen der Klimaneutralität an die Stahlindustrie. Das Grundprinzip der direkten Vermeidung von Kohlenstoff als Einsatzstoff im Verfahren garantiert eine nachhaltige und klimaschonende Alternative zum derzeitigen Stahlherstellungsprozess. Neben den ökologisch vorteilhaften Aspekten des Prozesses ist die Wirtschaftlichkeit einer vollintegrierten Anlage im Industriemaßstab einer der Kernpunkte für den Einsatz der Technologie. Durch den Wegfall von vorgeschalteten Prozessen zur Agglomeration des Feinerzes und durch die Herstellung von Stahl in nur einem Schritt, sowie die Etablierung eines wasserstoffbasierten Energiesystems, stehen die Chancen gut, dass auch die ökonomischen Vorteile des Prozesses in Zukunft für den Einsatz der Technologie sprechen.
