Dekarbonisierung beim Stahl: Die neue Direktreduktionsanlage von thyssenkrupp Steel

Wie funktioniert eine Direktreduktionsanlage?

Wahrzeichen der Stahlindustrie sind seit langem die zur Eiseneinschmelzung benötigten Hochöfen. 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 3,5 Millionen Tonnen 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: Dort wird Koks verbrannt um Kohlenmonoxid zu gewinnen. Das Kohlenmonoxid entzieht dem Eisen dann den Sauerstoff und hilft es zu verflüssigen. Im Gegensatz dazu wird im DR- Turm Wasserstoff genutzt, um den Sauerstoff zu entziehen. Dadurch entsteht Eisen. Aber auch 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 gegossen 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 Wind- und Solarkraft produziert wird. Und eine DR-Anlage benötigt ordentlich viel Wasserstoff: Bis zu 143.000 Tonnen im Jahr. 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. Damit werden im Wasserstoffbetrieb ca. 5 % der Emissionen des Ruhgebiets eingespart. thyssenkrupp Steel ist somit nicht nur der größte deutsche 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.