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Quelle: Shutterstock
F&E:
Forscher: Wasserstoff-direktreduzierter Eisenschwamm besser
Mit Wasserstoff direkt reduziertes Eisen hat bessere physikalische Eigenschaften. Zu dieser neuen Erkenntnis kommt die Wasserstoff-Initiative Hybrit aus Schweden.
 
Die Stahlindustrie ist die Branche mit dem größten Anteil am Treibhausgas-Ausstoß der Industrie − mit 30 % der industriellen Emissionen und 6 % der Gesamtemissionen in Deutschland. Dies liegt an Kohlenstoff, unter dessen Verbrennung die klassische Stahlherstellung funktioniert. Prozessbedingt entsteht dabei klimaschädliches CO2. 

Über das Verfahren der Direktreduktion, das etwa in der Hybrit-Initiative untersucht wird, wird die Kokskohle in der Stahlherstellung durch Wasserstoff ersetzt (siehe Infobox weiter unten). Hybrit steht für "Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology". Die Initiative wurde von drei schwedischen Unternehmen − dem Stahlhersteller SSAB, dem Bergbauunternehmen LKAB und dem Energieversorger Vattenfall − ins Leben gerufen. Ihr Ziel ist die Entwicklung einer neuen Technologie für die wasserstoffbasierte Eisen- und Stahlerzeugung, mit dem Ziel, eine fossilfreie Wertschöpfungskette von der Mine bis zum fertigen Stahlprodukt zu schaffen. Im Juni 2021 gelang es der Initiative erstmals, direkt mit Wasserstoff reduzierten Eisenschwamm herzustellen.

Neue Forschungsarbeiten im Rahmen von Hybrit zeigen nun, dass die Eigenschaften und die Qualität des auf diese Weise produzierten Eisenschwamms besser sind als die des auf fossilen Rohstoffen basierenden Verfahrens. Testergebnisse belegten: Wasserstoffreduziertes kohlenstofffreies DRI sei hoch metallisiert und habe bessere mechanische und Alterungseigenschaften als direkt reduziertes Eisen, das mit fossilem Reduktionsgas wie etwa Erdgas oder Koks hergestellt wurde. Martin Pei, CTO von SSAB und Mitglied des Hybrit-Vorstands, erklärte, Hybrit habe den wasserstoffbasierten Weg zur Dekarbonisierung der Stahlerzeugung zugänglicher und effizienter gemacht: "Er kann dazu beitragen, den Klimawandel abzuschwächen." 

Die Direktreduktion durch Wasserstoff

Das Direktreduktions-Verfahren durch Wasserstoff ersetzt die Herstellung des Roheisens im Hochofen und spart so den Einsatz von hochpreisigem Koks ein. Bei der Direktreduktion wird Eisenerz zu stückigem und porösem Roheisen – dem sogenannten Eisenschwamm – reduziert. Dieser Verfahrensschritt geht dem Schmelzen in einem Schachtofen bei Temperaturen oberhalb von 1.000 Grad Celsius voraus. Wahlweise kommt ein Feststoffgemisch vorwiegend aus Kohle oder ein Wasserstoffgemisch zum Einsatz.
Die jeweiligen Reaktionsgleichungen lauten:

Fe2O3 + 3 CO ⇒ 2FE + 3 CO2
Fe2O3 + 3 H2 ⇒ 2FE + 3 H2O

Im Vergleich zum Hochofen-Prozess und der Feststoff-Reduktion entsteht bei der wasserstoffbasierten Direktreduktion kein klimaschädliches CO2. Jedoch stammt der benötigte Wasserstoff dafür üblicherweise aus fossilem Erdgas – mit entsprechender vorgelagerter Emission von CO2. Es handelt sich also um grauen Wasserstoff. Wird jedoch Wasserstoff eingesetzt, der mit Strom aus regenerativen Energiequellen erzeugt worden ist, lassen sich die CO2-Emissionen der Stahlproduktion um bis 95 % senken.
 

Davina Spohn
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Mittwoch, 12.10.2022, 15:03 Uhr

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