Die weltweite Nachfrage nach Stahl steigt. Vor allem in Entwicklungsländern besteht ein großer Nachholbedarf für Infrastrukturprojekte. Gleichzeitig entstehen durch die Stahlproduktion fast 10 % der weltweiten CO2-Emissionen. Die EU hat dieses Problem erkannt und im Green Deal das Ziel formuliert, branchenübergreifend die Emissionen zu senken, um bis 2050 klimaneutral zu werden. Dies erfordert auch Anpassungen in der Stahlindustrie: Grüner Stahl heißt das Ziel.
Was bedeutet grüner Stahl?
Grüner Stahl bezeichnet eine Produktionsweise, bei der im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung deutlich weniger CO2 entsteht. Derzeit werden bei der Produktion von einer Tonne Stahl etwa zehn Tonnen CO2 freigesetzt. Ziel der grünen Stahlproduktion ist es, die Emissionen auf nur noch eine Tonne CO2 pro Tonne Stahl zu reduzieren. Eine vollständig CO2-freie Stahlproduktion ist allerdings noch nicht realisierbar. Die Ökobilanz der Stahlindustrie kann aber durch gezielte Maßnahmen deutlich verbessert werden.
Welche Maßnahmen zur CO2-Reduktion gibt es?
Um die CO2-Emissionen in der Stahlproduktion zu reduzieren, werden verschiedene Ansätze verfolgt. Eine wichtige Maßnahme ist das Recycling von Schrott, um den Bedarf an Roheisen zu reduzieren. Das spart nicht nur Ressourcen, sondern senkt auch den Energieverbrauch erheblich. Ein zweiter wichtiger Schritt ist der verstärkte Einsatz von Elektrolichtbogenöfen (EAF), die eine umweltfreundlichere Alternative zum klassischen Hochofen darstellen. Dabei spielt auch die Nutzung erneuerbarer Energien wie Wind-, Sonnen- und Wasserkraft eine entscheidende Rolle.
Recycling von Schrott
Metallische Abfälle aller Art können zu einem sehr hohen Anteil wieder eingeschmolzen und zu neuem Stahl verarbeitet werden. Dies bietet ein enormes Potenzial auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft, da Ressourcen geschont und Emissionen reduziert werden. Allerdings kann die Qualität von Recyclingstahl schwanken und ist häufig schlechter als die von Stahl, der aus Eisenerz gewonnen wird. Zudem wird das Aufkommen an recycelbarem Elektronikschrott nicht ausreichen, um den stetig wachsenden Stahlbedarf vollständig zu decken. Daher wird es auch in Zukunft notwendig sein, auf Eisenerz als Ausgangsprodukt zurückzugreifen.
Einsatz von Lichtbogenöfen
Elektrische Lichtbogenöfen werden seit Jahrzehnten in der Stahlproduktion eingesetzt, spielten bisher aber nur eine untergeordnete Rolle. In Zukunft sollen sie eine Hauptrolle spielen und den klassischen Hochofen nach und nach ablösen. Um diesen Wandel zu ermöglichen, müssen die Lichtbogenöfen jedoch größer und durchsatzstärker werden, was einige technische Herausforderungen mit sich bringt. Ziel ist es, die Effizienz der Elektrolichtbogenöfen so zu steigern, dass sie mit der Produktionskapazität konventioneller Hochöfen konkurrieren können. Dies erfordert Fortschritte in der Ofentechnologie, um höhere Temperaturen und schnellere Verfahren zu erreichen. Darüber hinaus ist die Integration erneuerbarer Energien in den Betrieb von Elektrolichtbogenofen ein entscheidender Schritt, um den Bedarf an Kohle und damit auch die CO2-Emissionen weiter zu reduzieren. Ein weiterer Aspekt ist die Qualität des erzeugten Stahls: Lichtbogenöfen sind zwar hervorragend für das Recycling von Schrott geeignet, es muss jedoch sichergestellt werden, dass der produzierte Stahl den gleichen Qualitätsstandards entspricht wie Stahl aus klassischen Hochöfen.
Herausforderungen und Lösungen beim Einsatz von Lichtbogenöfen
Größere Elektrolichtbogenöfen und eine andere Zusammensetzung der Rohstoffe stellen die Stahlindustrie vor neue Herausforderungen. In diesem Zusammenhang muss mit den Folgen von höherem Ofengewicht, schwankenden Füllständen und einer teilweise schlechteren Rohstoffqualität umgegangen werden.
- Höheres Ofengewicht
- Schwankende Füllstände
- Schlechte Produktqualität
- Verbesserte Technik: Präzise Behälterwaagen und Condition Monitoring
- Einsatz umweltfreundlicherer Rohstoffe auf Eisenerzbasis
Um die Effizienz von Elektrolichtbogenöfen zu maximieren, ist es wichtig, diese optimal auszulasten. Eine Überfüllung der Öfen kann zu Materialermüdung und Schäden führen, was die Lebensdauer der Anlagen verkürzt und kostspielige Reparaturen nach sich zieht. Bei größeren Ofenbehältern ist es schwieriger, das zu verarbeitende Material genau zu erfassen, was das Risiko einer Über- oder Unterfüllung erhöht. Genaue Mess- und Kontrollmechanismen sind daher unerlässlich, um eine optimale Auslastung der Öfen zu gewährleisten und die Materialermüdung zu minimieren.
Elektrolichtbogenöfen benötigen zum Betrieb einen flüssigen Rohstahlsumpf, damit beim Chargieren kein Material durchschlägt und die Schmelzprozesse stabil bleiben. Der Sumpf darf jedoch nicht zu groß werden, da sonst wertvolles Nutzvolumen im Ofen verloren geht. Eine sorgfältige Steuerung und Überwachung der Füllstände sind daher unerlässlich, um eine optimale Auslastung des Ofens zu gewährleisten und die Effizienz der Stahlproduktion zu maximieren.
Im Vergleich zu Stahl, der aus Eisenerz gewonnen wird, weist Elektronikschrott eine geringere metallische Reinheit auf. Darüber hinaus schwankt die metallische Reinheit erheblich, da der Schrott aus verschiedenen Quellen stammt und unterschiedliche Verunreinigungen enthalten kann. Die schwankende Qualität des Rohmaterials kann sich negativ auf die Eigenschaften des Endprodukts auswirken, was die Notwendigkeit strenger Kontrollen und Veredelungsprozesse in der Produktion unterstreicht. Die Gewährleistung einer gleichbleibend hohen Produktqualität bleibt eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von Lichtbogenöfen, um den Anforderungen des Marktes und der Industrie gerecht zu werden.
Moderne Elektrolichtbogenöfen sind vollständig auf Wägezellen gelagert, die eine kontinuierliche Überwachung des Ofengewichts ermöglichen. Diese präzisen Ofenwaagen spielen eine zentrale Rolle bei der Steuerung und Optimierung des Produktionsprozesses. Durch die kontinuierliche Bestimmung des Ofengewichts kann das Ofenvolumen optimal ausgenutzt und ein Überlaufen vermieden werden, was sowohl die Sicherheit als auch die Effizienz der Produktion erhöht. Darüber hinaus ermöglicht die genaue Gewichtskontrolle einen effizienten Energieeinsatz, da Anpassungen in Echtzeit möglich sind. Nach jeder Gießperiode, die vier Wochen dauert, werden aktuelle Daten über den wägetechnischen Zustand des Ofens zur Verfügung gestellt. Diese Informationen sind entscheidend für die Wartung und die Planung zukünftiger Produktionszyklen. Mit zunehmender Ofengröße und steigendem Durchsatz wird dieses Condition Monitoring immer anspruchsvoller und wichtiger. Die präzise Überwachung und Analyse des Ofenzustands ist daher unerlässlich, um die langfristige Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Anlagen zu gewährleisten.
Der Einsatz von Direct Reduced Iron (DRI) und Hot Briquetted Iron (HBI) bietet eine entscheidende Ergänzung zum Recycling von Schrott in der Stahlproduktion. Veredeltes Eisenerz wie DRI und HBI weist eine konstantere Qualität auf als Schrott, dessen Zusammensetzung stark variieren kann. Rohstoffe auf Eisenerzbasis ermöglichen eine präzisere Steuerung und Verfeinerung des Produktionsprozesses, was zu einer höheren Produktqualität führt. Obwohl der Einsatz von DRI und HBI weiterhin den Abbau von Rohstoffen erfordert, verbessert sich die CO2-Bilanz der Stahlproduktion durch ihren Einsatz erheblich. Dies liegt daran, dass Direktreduktionsanlagen, die derzeit mit Erdgas betrieben werden, auf Wasserstoff umgestellt werden. Diese Umstellung reduziert die Kohlenstoffemissionen weiter und trägt zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks bei. Zusätzlich wird der Einsatz von elektrischer Energie durch Condition Monitoring effizienter gestaltet. Die präzise Überwachung der Ofenbedingungen ermöglicht eine Optimierung des Energieverbrauchs und damit einen nahezu CO2-neutralen Betrieb der Elektrolichtbogenöfen. Durch diese Fortschritte wird die Stahlproduktion nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch nachhaltiger, da das gesamte Verfahren auf geringere Emissionen ausgelegt ist.
Fazit: Nachfrage nach grünem Stahl steigt weiter
Der Weg der Stahlproduktion führt unweigerlich zu einem verstärkten Einsatz von Elektrolichtbogenöfen, auch wenn derzeit noch einige Herausforderungen bestehen. Aus wirtschaftlicher Sicht wird die Umstellung auf diese Verfahren für die Stahlproduzenten immer attraktiver. Dies liegt an politischen Maßnahmen wie Subventionen, aber auch an der steigenden Nachfrage der Kunden nach umweltfreundlicheren Produkten. Große Stahlwerke beginnen bereits damit, ihre Hüttenwerke schrittweise umzurüsten, um die neuen Standards zu erfüllen und von den wirtschaftlichen Vorteilen einer nachhaltigen Herstellung zu profitieren. Die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union sind Vorreiter bei der Förderung dieser Transformation. Sie schaffen Anreize für Stahlproduzenten, ihre Produktionsmethoden zu modernisieren.
Technisch gesehen ist der vermehrte Einsatz von Elektrolichtbogenöfen in der Stahlerzeugung keine Revolution, sondern eine Evolution. Es besteht jedoch noch ein erhebliches Entwicklungspotenzial, um die Öfen noch besser und umweltfreundlicher zu machen, insbesondere durch eine weitere Reduzierung des Einsatzes von Kohle und eine höhere Energieeffizienz. Qlar hat viel Erfahrung mit diesen Technologien. Die bewährten und zuverlässigen Systeme werden kontinuierlich weiterentwickelt, um den gestiegenen Prozessanforderungen und der erhöhten Nachfrage nach grünem Stahl gerecht zu werden.
