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DirektreduktionsanlageDekarbonisierung bei thyssenkrupp Steel
thyssenkrupp Steel treibt die grüne Transformation voran: Mit der neuen Direktreduktionsanlage in Duisburg setzt das Unternehmen perspektivisch auf Wasserstoff statt Kohle – ein wichtiger Meilenstein für die klimaneutrale Stahlproduktion bis 2045.
Wie funktioniert eine Direktreduktionsanlage?
Wahrzeichen der Stahlindustrie sind seit langem die Hochöfen, in denen Eisenerz reduziert und zu Roheisen verarbeitet wird. Traditionell wird in ihnen Eisenerz mithilfe von Koks und heißer Luft geschmolzen. Durch den Einsatz von Kohle stößt dieses Verfahren jedoch sehr viel CO2 aus. Die Direktreduktionsanlage, die in Duisburg-Walsum entsteht, läutet mit der Nutzung von Wasserstoff ein neues, grüneres Zeitalter der Stahlproduktion ein. Denn mit dem neuen Verfahren können in Zukunft bis zu große Mengen CO2 eingespart werden. Aber wie genau funktioniert das eigentlich?
Die DR-Anlage wird mit Eisenerz in Form von Eisenerzpellets oder Stückerzen beliefert, welches zunächst zwischengelagert wird. Danach wird das Eisenerz in den 40-Meter-hohen DR-Turm befördert. Neben dem Turm befindet sich der Reformer. Hier entsteht währenddessen das notwendige Reduktionsgas – eine Mischung aus Wasserstoff, Erdgas und recycelten Prozessgasen. Das Reduktionsgas wird in den Gasstrom des DR-Turms geleitet, um dem Eisenerz Sauerstoff zu entziehen. In den herkömmlichen Hochöfen ist dieser Prozess viel weniger nachhaltig: Im Hochofen entsteht aus Koks und heißer Luft Kohlenmonoxid, das dem Eisenerz den Sauerstoff entzieht. Durch die hohen Temperaturen entsteht daraus flüssiges Roheisen. Im Gegensatz dazu wird im DR- Turm Wasserstoff genutzt, um den Sauerstoff zu entziehen. Dadurch entsteht ebenfalls Eisen. Aber im DR-Turm müssen sehr hohe Temperaturen erreicht werden. Zwischen 700 und 900 Grad werden benötigt, um aus dem Eisenoxid festen Eisenschwamm zu gewinnen. Dabei entstehen ebenfalls Gase. Um die Produktion nachhaltiger zu gestalten, werden diese wieder zurück in den Gaskreislauf geleitet. So gelangt das recycelte Prozessgas wieder in den Reformer und kann zusammen mit Wasserstoff und Erdgas wiederverwendet werden.
Das Produkt ist fester Eisenschwamm, auch direktreduziertes Eisen (DRI) genannt. Der Eisenschwamm kann dann in die Einschmelzer – elektrisch betriebene Öfen, die ihn verflüssigen – transportiert werden. Dort findet ein kontinuierlicher Schmelzprozess statt – in Zukunft mit Strom aus erneuerbaren Energien. Auch das spart CO2. Wie bei der herkömmlichen Eisenverarbeitung gibt es nach der Einschmelzung separate Abstichlöcher für Roheisen und den Schlackenabstich. Die flüssige Schlacke wird zur Schlackengranulation transportiert. Schlackengranulat wird zum Beispiel in der Zementindustrie benötigt und weiterverwendet. Das Roheisen hingegen wird in Torpedopfannen abgestochen und ins Stahlwerk weitertransportiert. Das innovative Konzept der DR-Anlage fügt sich somit in den bestehenden Prozess der Stahlproduktion ein und macht eine hochwertige und doch nachhaltigere Stahlproduktion möglich.
Teamarbeit für eine nachhaltigere Industrie
Trotzdem ist eine solche Umstellung nicht von heute auf morgen möglich: Die Koordination des Baus von Anlagen und Gebäuden sowie die Planung der Energie- und Materialversorgung sind auf Expert:innen aus verschiedensten Gebieten angewiesen. So arbeiten bei thyssenkrupp Steel Europe nicht nur Teams aus den Bereichen Metallurgie und Maschinenbau zusammen, sondern auch aus der Chemie oder der Verfahrens- und Elektrotechnik. Da es sich bei der DR-Anlage um die erste ihrer Größe handelt, die mit Wasserstoff betrieben wird, ist viel Knowhow gefragt. Und um die neue Anlage wirklich nahtlos in die Stahlproduktion einzubinden, ist Präzision und Teamwork besonders wichtig.
Wasserstoff als Schlüssel zur Klimaneutralität
Die zukünftige DR-Anlage von thyssenkrupp Steel ist weltweit eines der größten industrielle Projekte zur Dekarbonisierung. Wir treiben dadurch die grüne Transformation der einer ganzen Industrie voran. Denn perspektivisch soll die Anlage mit grünem Wasserstoff betrieben werden. Also Wasserstoff, der durch erneuerbare Energien produziert wird. Und eine DR-Anlage benötigt große Mengen Wasserstoff. Dafür ist der Standort Rhein-Ruhr ideal. Er befindet sich entlang des deutschen Wasserstoff-Kernnetzes. So ist die Versorgung mit grünem Wasserstoff per Pipeline möglich – und Stahl kann nachhaltiger produziert werden. thyssenkrupp Steel ist somit nicht nur einer der größten deutschen Wasserstoffverbraucher, sondern auch ein wichtiger Teil der Wasserstoffwirtschaft und nicht zuletzt der Dekarbonisierung. Auf lange Sicht streben wir an, auch den anschließenden Prozess der Rohstahlproduktion zu dekarbonisieren. Eine nachhaltigere Industrie für die Zukunft – das treibt uns an.
Alles, was Sie über die neue Direktreduktionsanlage wissen müssen
Was ist eine Direktreduktionsanlage?
Eine Direktreduktionsanlage ist eine Anlage zur Gewinnung von direktreduziertem Eisen (DRI) aus Eisenerz. Dabei wird dem Eisenerz mithilfe von Reduktionsgasen Sauerstoff entzogen. Das Anlagensetup ermöglicht es, zunächst mit Erdgas zu starten und den Wasserstoffanteil anschließend flexibel zu erhöhen. Durch das anschließende Schmelzen in den Einschmelzern kann das DRI als Roheisen weiterverwendet werden, das für die Stahlproduktion benötigt wird. In diesem Schritt entsteht auch Schlacke, die als Schlackengranulat eine wichtige Rolle in der Zementindustrie spielt.
Warum baut thyssenkrupp Steel in Duisburg eine Direktreduktionsanlage?
Die neue Direktreduktionsanlage ist ein großer Schritt für die Dekarbonisierung der Stahlindustrie. In Zukunft können durch den Einsatz von grünem Wasserstoff große Mengen an CO2 eingespart werden. Dadurch wird die Stahlproduktion nachhaltiger.
Was ist ein Hochofen?
Hochöfen werden bisher zur Gewinnung von Roheisen genutzt. Im Hochofen wird dem Eisenerz mithilfe von Koks Sauerstoff entzogen und so Roheisen erzeugt.
Dabei entsteht flüssiges Roheisen für die Stahlherstellung. Auch in den Hochöfen entsteht als Nebenprodukt Schlacke, die weiterverwendet wird. Der bisherige Prozess ist aber CO2-intensiv aufgrund des entstehenden CO2.
Bis wann wird die Stahlproduktion klimaneutral?
thyssenkrupp Steel strebt an, die Stahlproduktion bis 2045 komplett klimaneutral zu gestalten. So treiben wir die Dekarbonisierung in der Stahlherstellung voran.