Die Herstellung von Stahl ist für den Klimaschutz ein Problem. Sie findet bisher überwiegend mit Kohle und zu einem kleineren Teil mit Erdgas statt und erzeugt dabei große Mengen Kohlendioxid.
Etwa fünf Prozent der weltweiten CO2-Emissionen werden durch die Stahlproduktion verursacht. Einfach durch erneuerbare Energien ersetzen lässt sich die Kohle nicht, denn es sind vor allem die chemischen Prozesse im Hochofen, die für den Kohlendioxidausstoß verantwortlich sind.
Wenn man den CO2-Ausstoß der Hochöfen signifikant senken möchte, sind daher neue Technologien nötig. Inzwischen zeichnet sich ab, dass hierfür in Zukunft wohl Wasserstoff-basierte Methoden zum Einsatz kommen. Am weitesten fortgeschritten ist hierbei ein Projekt der schwedischen Unternehmen SSAB, LKAB und Vattenfall.
Doch dass die Stahlerzeugung klimafreundlicher werden muss, war schon lange klar. Bereits 2004 initiierte die Europäische Union das Projekt Ulcos (Ultra-Low CO2 Steelmaking), in dem gemeinsam mit der Stahlindustrie neue Technologien untersucht werden sollten.
Anfang des vorigen Jahrzehnts wurden mehrere Pilotprojekte angekündigt. Doch das meiste davon ist im Sande verlaufen – und es gestaltete sich bei der Recherche zu diesem Artikel überaus schwer, überhaupt herauszufinden, was mit den Projekten passiert ist.
Chemische Reaktionen im Hochofen erzeugen CO2
Das Grundproblem des hohen Kohlendioxid-Ausstoßes bei der Stahlproduktion ist vergleichsweise simpel zu verstehen: Im Bergbau gewonnenes Eisenerz enthält kein reines Eisen, sondern Eisenoxid, also eine chemische Verbindung von Eisen und Sauerstoff.
In einem Hochofen wird üblicherweise Kohle als Reduktionsmittel eingesetzt, um eine Reaktion in Gang zu bringen, bei der der Sauerstoff entzogen und in das Treibhausgas Kohlendioxid umgewandelt wird.
Neben Kohlendioxid entstehen weitere Gase, darunter auch Kohlenmonoxid, das wiederum selbst als Reduktionsmittel wirkt. Doch ein Teil des Kohlenmonoxids geht in der klassischen Stahlproduktion als Abgas verloren.
An diesem Punkt setzte die Technologie Top Gas Recycling an, die als Teil des Ulcos-Projekts untersucht wurde. Das emittierte Kohlenmonoxid sollte aus dem Abgasstrom gefiltert und wieder in den Hochofen eingebracht werden.
Eine wirklich zufriedenstellende Lösung für das Klimaproblem der Stahlbranche stellt eine solche Technologie nicht dar. Laut Dokumenten, die uns vorliegen, würde das Top Gas Recycling die Kohlendioxid-Emissionen um 16 Prozent verringern.
Top-Gas-Recycling-Hochofen: Groß angekündigt, nie realisiert
In einer kleinen Pilotanlage in Schweden wurde die Top-Gas-Recycling-Methode von der Firma LKAB getestet. Der Stahlkonzern Arcelor Mittal hatte angekündigt, sie in Deutschland im industriellen Maßstab einzusetzen, und sollte dafür eine großzügige Förderung durch das Umweltinnovationsprogramm des Bundesumweltministeriums erhalten.
Im brandenburgischen Eisenhüttenstadt sollte hierfür ein Hochofen umgerüstet werden. Eine Mitteilung des Umweltministeriums von 2009 – Minister war damals Sigmar Gabriel (SPD) – klingt so, als ob das Projekt bereits beschlossene Sache sei.
2010 folgte eine weitere Ankündigung durch das Bundesumweltministerium, Umweltminister war inzwischen Norbert Röttgen von der CDU. Doch danach wurde es still um das Projekt. Von einem Baubeginn oder gar einem Produktionseinsatz hörte man nie.
Herauszufinden, was aus dem Top Gas Recycling geworden ist, stellte sich als nicht leicht heraus. Weder Arcelor Mittal noch das Umweltministerium beantworteten Anfragen hierzu.
Wir stellten daraufhin eine Anfrage an das Umweltministerium nach dem Informationsfreiheitsgesetz und erhielten mehrere Hundert Seiten Korrespondenz zwischen dem Ministerium und Arcelor Mittal. Aus den Dokumenten geht hervor, dass das Umweltministerium auf eine Realisierung des Projekts drängte und auch bereit war, das Projekt mit 30 Millionen Euro zu fördern.
Bei Arcelor Mittal war man allerdings eher zurückhaltend. Das Unternehmen plante zeitweise, neben dem Projekt in Eisenhüttenstadt ein weiteres Projekt im lothringischen Florange zu errichten, allerdings nur, wenn dafür weitere Fördergelder eingeworben werden könnten. Das gelang aber nicht.
2011 kündigte Arcelor Mittal eine Planänderung an: Statt den Hochofen selbst zu betreiben, wollte das Unternehmen ihn in eine Forschungsgesellschaft auslagern. Das sollte wohl das Risiko des Betriebs verringern.
Vonseiten des Umweltministeriums wurde allerdings klargemacht, dass damit alle bisherigen Förderzusagen nicht mehr gelten, da diese auf einen Einsatz im normalen Geschäft abzielten. Das dürfte das Ende des Projekts eingeleitet haben, denn mit dieser Auseinandersetzung endet die Korrespondenz 2012.
Pilotanlage in den Niederlanden bis heute in Betrieb
Top Gas Recycling war nicht die einzige Technologie, die vom Ulcos-Projekt untersucht wurde. Am weitesten brachte es eine Technologie namens Hisarna, für die von der Firma Corus, später Tata Steel, immerhin 2010 eine Pilotanlage im niederländischen IJmuiden gebaut wurde, die immer noch in Betrieb ist.
Das Hisarna-Konzept unterscheidet sich von der klassischen Stahlproduktion darin, dass verschiedene Vorverarbeitungsschritte vermieden werden und dadurch eine höhere Effizienz erreicht werden soll. Dabei könnten 20 Prozent der CO2-Emissionen vermieden werden. Teilweise gibt Tata Steel auch höhere Werte an.
Das funktioniert allerdings nur, wenn man neben Kohle auch Biomasse einsetzt. Biomasse ist eine theoretische weitere Option, eine weniger klimaschädliche Stahlproduktion zu ermöglichen. Allerdings sind die Möglichkeiten, Biomasse ökologisch zu gewinnen, bekanntlich begrenzt.
2018 kündigte Tata Steel an, in Indien eine größere Hisarna-Anlage zu bauen. In einer Broschüre von 2020 ist nur noch davon die Rede, dass Tata den Bau in Erwägung zieht. Eine Anfrage zu dem Projekt hat Tata Steel nicht beantwortet.
Sowohl beim Top Gas Recycling als auch bei der Hisarna-Technologie ist klar, dass ein Großteil der Kohlendioxid-Emissionen nicht vermieden werden kann. Geplant war daher auch, das weiterhin entstehende CO2 abzufangen und unterirdisch zu verpressen.
Die Methode, die als Carbon Capture and Storage oder kurz CCS bezeichnet wird, wird seit Langem als Möglichkeit diskutiert, mit Kohlendioxid-Emissionen fertigzuwerden. Sie ist allerdings teuer und ökologisch umstritten und blieb bisher weit hinter den Erwartungen zurück. Weltweit gibt es bisher nur eine Handvoll in Betrieb befindlicher CCS-Projekte.
Bisherige Strategien setzten auf Kohle und CCS
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Technologien, mit denen die Stahlindustrie ihr Emissionsproblem vor zehn bis fünfzehn Jahren lösen wollte, heute praktisch keine Rolle spielen.
Auffällig ist, dass alle verfolgten Technologieoptionen weiterhin auf Kohle setzten und selbst bei einer erfolgreichen Realisierung nur vergleichsweise geringe Emissionsreduktionen erreicht hätten. Die Hoffnungen, die in diesem Zusammenhang in die CCS-Technologie gesetzt wurden, haben sich – zumindest bisher – nicht erfüllt.
Den großen Sprung zu einer weitgehend emissionsfreien Stahlproduktion traute man sich wohl damals noch nicht zu. Lediglich zu Forschungszwecken schaute man sich die direkte Elektrolyse von Stahl an, die neben der Verwendung von Wasserstoff die einzige Möglichkeit ist, Stahl nahezu CO2-frei herzustellen. Sie spielt aber ebenfalls bis heute keine Rolle.
Ein Start-up aus den USA mit dem Namen Boston Steel versucht inzwischen, einen derartigen Prozess zu kommerzialisieren. Von diesem Ziel ist man dort aber noch weit entfernt.
Zurzeit sieht es so aus, als ob Wasserstoff die besten Chancen hätte, eine weniger klimaschädliche Stahlerzeugung zu ermöglichen. Dabei kommen nur noch sehr geringe Mengen an Kohle zum Einsatz. Zahlreiche Stahlkonzerne haben dazu inzwischen Pilotprojekte in Planung.
Es bleibt zu hoffen, dass sie tatsächlich in die Praxis umgesetzt werden – und man sich nicht in einigen Jahren fragen muss, was daraus eigentlich geworden ist, während mit Kohle betriebene Stahlwerke weiter die Klimakrise anheizen.
