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Grüner Stahl: Rückblick auf Phase 1 der Einblasversuche

Wasserstoff statt Kohlenstoff. Etwas mehr als ein Jahr liegt die Weltpremiere zum Einsatz von Wasserstoff im laufenden Hochofenbetrieb zurück. Was hat sich in dieser ersten Phase der Versuche getan? Wir geben einen Überblick.

Am 11. November 2019 schaute die Stahlwelt nach Duisburg. Kurz nach 12 Uhr starteten auf dem Werksgelände von thyssenkrupp Steel die weltweit ersten Tests zum Einsatz von Wasserstoff im laufenden Hochofenbetrieb. Das langfristige Ziel: Die Transformation zur klimaneutralen Stahlproduktion. Die erste Phase der Versuche ist nun abgeschlossen. Wir haben mit den Experten über die Ergebnisse der intensiven Praxistests gesprochen.

Mit Wasserstoff zum industriellen Vorreiter beim Klimaschutz

Im Hochofen wird normalerweise Kohlestaub als zusätzliches Reduktionsmittel eingeblasen. Im Hochofen 9 von thyssenkrupp Steel soll zukünftig Wasserstoff diese Rolle übernehmen. Ein wichtiger Schritt in Richtung einer Senkung der CO2-Emissionen in der Stahlproduktion und für den Klimaschutz. Was haben die Experten in der ersten Phase über das neue Verfahren gelernt und wie geht es mit den Versuchen weiter?

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Dr. Arnd Köfler, CTO von thyssenkrupp Steel, spricht bei der Weltpremiere der Einspeisung von Wasserstoff in einen laufenden Hochofen auf dem thyssenkrupp Steel Gelände in Duisburg am 11. November 2019.

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„An der Qualität unseres Roheisens wird das Verfahren nichts ändern“, weiß Dr. Arnd Köfler, CTO von thyssenkrupp Steel. Er sieht das Unternehmen als industriellen Vorreiter beim Klimaschutz. Bis 2050 soll die komplette Stahlherstellung klimaneutral sein und dann auf der Direktreduktion mit Wasserstoff basieren. Dafür ist der Bau neuer Anlagen notwendig, die die Hochöfen perspektivisch ersetzen werden.

Durch den Einsatz von Wasserstoff im bestehenden Hochofen können bereits erste Beiträge zum Klimaschutz geleistet werden. Damit das im industriellen Maßstab gelingt, hat das Unternehmen in der ersten Phase vor allem die technische Umsetzbarkeit erforscht und viel über das Verhalten der Anlagentechnik gelernt.

Für die erste Testphase wurde der Wasserstoff noch per LKW angeliefert. In Zukunft wird eine Pipeline notwendig sein, um die für die zweite Phase benötigten Wasserstoffmengen zu liefern.

Praxistests bestätigen Simulationen

In der ersten Phase ging es darum, an einer der insgesamt 28 Blasformen des Hochofens 9 Wasserstoff einzublasen. Am Anfang standen kurze Intervalle, die im Laufe der Tests stetig ausgeweitet wurden – von zunächst wenigen Stunden auf bis zu 24. „Die Ergebnisse bestätigen unsere Simulationen“, so Dr. Arnd Köfler. „Gleichzeitig haben wir hier technologisches Neuland betreten. Wir müssen den Betriebsablauf kontinuierlich analysieren und auswerten, um die Ausweitung der Tests gezielt anzugehen.“

Dank kontinuierlicher Datenerhebungen und -analysen während der teils 24 Stunden dauernden Tests konnte das Team zahlreiche Informationen sammeln, etwa zur Positionierung der Wasserstofflanze im Ofen, den Strömungs- und Druckverhältnissen sowie den Wechselwirkungen zwischen höheren Temperaturen und Anlagentechnik. Die erhobenen Daten wurden genutzt, um die Wasserstofftechnologie mit jedem weiteren Versuch zu optimieren. Auch das avisierte Einblasvolumen von rund 1.000 m³ Wasserstoff pro Stunde konnte bei den Versuchen erreicht werden.

In der zweiten Versuchsphase werden die Versuche auf alle 28 Blasformen des Hochofens ausgeweitet, um so den Weg für den industriellen Einsatz zu ebnen. Im Mittelpunkt der Forschung wird dann der Einfluss der Wasserstofftechnologie auf die metallurgischen Prozesse im Hochofen stehen. Die zweite Phase soll im Jahr 2022 starten, bedingt durch die Corona-Pandemie etwas später als ursprünglich geplant. Während der Wasserstoff für die erste Versuchsphase noch mit LKWs geliefert wurde, machen die benötigten Mengen für die zweite Phase eine Pipeline notwendig.