CO2-Recycling könnte Emissionen der Eisen- und Stahlindustrie senken
Die Eisen- und Stahlindustrie, auf die bis zu 9 % der weltweiten Emissionen entfallen, zählt nach wie zu den größten Verursachern von Kohlendioxid (CO2). Wenn in Europa die Verpflichtungen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen erfüllt werden sollen, muss dieses Problem angegangen werden. „Über 70 % der Eisen- und Stahlproduktion erfolgt in Hochöfen“, sagt Manuel Bailera, Projektkoordinator von DISIPO, der an der Universität Saragossa in Spanien tätig ist. „Dabei werden Eisenerze mit Koks in einem Hochofen bei Temperaturen von über 1 000 °C geschmolzen. Bei diesem Vorgang entstehen riesige Mengen an CO2.“ Zahlreiche dieser Anlagen sind relativ neu und könnten noch in 30 bis 40 Jahren in Betrieb sein. Die Umstellung auf umweltfreundlichere Produktionsmethoden ist zwar besonders wichtig, jedoch müssen auch Wege gefunden werden, um die Verschmutzung durch Hochöfen zu verringern.
Den Kohlenstoffkreislauf schließen und den Kohleverbrauch senken
Dieses wesentliche Ziel wurde im Projekt DISIPO verfolgt, das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde. „Mein Ziel war es, herauszufinden, ob wir Hochöfen dekarbonisieren können, indem wir ihre CO2-Emissionen in E-Fuels umwandeln“, erklärt Bailera. „Diese könnten dann von der Industrie genutzt werden, um den Kohlenstoffkreislauf zu schließen und den Kohleverbrauch zu senken.“ E-Fuels oder strombasierte synthetische Kraftstoffe werden aus abgeschiedenem CO2 und Wasserstoff hergestellt, der aus nachhaltigen Stromquellen wie Wind-, Solar- und Kernkraft gewonnen wird. Um die Realisierbarkeit zu beurteilen, hat Bailera neue Simulationsmodelle erstellt, um zu bewerten, wie CO2-Recycling in Hochofenanlagen eingeführt werden könnte. Im Rahmen des Projekts verbrachte Bailera einige Zeit an der Universität Waseda in Japan, wo er an der Validierung eines neuen Betriebsmodells arbeitete. Durch die Zusammenarbeit mit Stahlwerken in Japan und Österreich konnte Bailera Betriebsstrategien und wirtschaftliche Analysen an reale industrielle Szenarien und Daten anpassen. „In Österreich habe ich außerdem die Möglichkeit der Installation von Photovoltaik-Paneelen auf dem Dach eines Stahlwerks geprüft, um Strom aus erneuerbaren Energien zu erzeugen“, erklärt er. „Und zurück in Spanien konnte ich diese neuen CO2-Recyclingkonzepte mit konventionellen Verfahren der Eisenerzeugung vergleichen, um die potenzielle Senkung der CO2-Emissionen zu quantifizieren.“
Kenntnisse über die Integration von Strom und Gas vertiefen
Diese Forschungsarbeit hat dazu beigetragen, das Wissen über die Integration von Strom zu Gas in der Eisen- und Stahlerzeugung, d. h. die Nutzung von elektrischer Energie zur Erzeugung eines gasförmigen Brennstoffs, sowie über das Potenzial für das CO2-Recycling zu erweitern. Diese Themen wurden bislang noch nicht eingehend untersucht. Im Labor Nakagaki der Universität Waseda werden die Modelle von Bailera derzeit für weitere interne Forschungsarbeiten sowie für die Zusammenarbeit mit der Industrie genutzt. Einige japanische Partner planen den Bau einer Hochofenpilotanlage, um das Konzept zu erproben. „Die in diesem Projekt erschlossenen Simulationsmodelle wurden zudem von der Universität Saragossa für laufende Projekte im Bereich Eisen und Stahl verwendet“, fügt Bailera hinzu.
Schrittweise Dekarbonisierung durch CO2-Recycling
Zur Fortsetzung seiner Forschungstätigkeit strebt Bailera zudem an, eine Pilotanlage eines Hochofens zu bauen, mit dem CO2 recycelt werden kann. „Das ist wichtig, da alle verschiedenen Teilsysteme des Recyclingkonzepts unter industriellen Bedingungen demonstriert werden müssen“, sagt er. „Zum Beispiel könnten sich im CO2 Verunreinigungen befinden, die dann in E-Fuels umgewandelt werden. Daran forschen wir an der Universität Saragossa derzeit in Fortsetzung des Projekts DISIPO.“ Letztendlich hofft Bailera, dass diese Arbeit zur Dekarbonisierung der Eisenerzeugung beitragen wird, indem eine Übergangsphase verwirklicht wird, in der die Hochöfen durch CO2-Recycling schrittweise dekarbonisiert werden.
Schlüsselbegriffe
DISIPO, Stahl, Eisen, CO2, Emissionen, Recycling, Dekarbonisierung, Hochofen
