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Grafische Veranschaulichung des SALCOS-Projekts

Das Projekt


Nachhaltigkeit ist bei uns gelebte Praxis

Die Salzgitter AG ist ein europaweit führender Stahl- und Technologiekonzern. Als Teil der Stahlindustrie sind wir ein bedeutender Wirtschaftsfaktor und beliefern zahlreiche unterschiedliche Branchen. Es liegt in unserem grundsätzlichen Interesse, Stahl möglichst ressourceneffizient zu produzieren. Daher betreiben wir unser integriertes Hüttenwerk in Salzgitter nahezu energieautark und schließen Materialkreisläufe, bei denen Reststoffe und Koppelprodukte innerbetrieblich oder sektorenübergreifend wiederverwendet werden. Damit ist es uns gelungen, die Produktion konsequent zu optimieren und damit Verluste stetig zu minimieren. Mittlerweile arbeiten wir sehr nah an den naturwissenschaftlich-verfahrenstechnischen Grenzen und gehören damit zu den weltweit effizientesten Stahlherstellern. 

CO2 Verringerung mit SALCOS

Bei der Produktion in unserem Hüttenwerk in Salzgitter fallen jährlich etwa acht Millionen Tonnen CO2 an, die zu den gegebenen technischen Bedingungen und mit den zur Verfügung stehenden Anlagen prozessbedingt unvermeidbar sind. Um unseren CO2 -Ausstoß über das jetzige Maß hinaus zu vermindern, wollen wir neue Wege erproben und innovative Verfahrenstechniken erforschen. Die CO2 -Emissionen könnten durch ein spezielles Produktionsverfahren massiv gesenkt werden. Unter dem Projektnamen SALCOS beschäftigen sich Forscher und Fachleute der Produktion unseres Konzerns in Zusammenarbeit mit Fraunhofer-Instituten und weiteren Partnern mit den neuen Technologien und deren Einbindung in ein integriertes Hüttenwerk.

Die Rahmenbedingungen für SALCOS

Unser Konzern befindet sich in einem vielschichtigen Umfeld und wird von diversen Entscheidungen und Ansprüchen beeinflusst. Dazu gehören politische Rahmenbedingungen wie die EU-Klimaziele oder der europäische Emissionsrechtehandel, gesellschaftliche Ansprüche, die Bedürfnisse von Mitarbeitern und Verantwortung für die Region. Ein entscheidender Punkt ist außerdem die technische Realisierbarkeit und die Prüfung, wie sich die neuen Anlagen in das bestehende Hüttenwerk integrieren lassen könnten. Darüber hinaus soll unser Konzept zu unseren eigenen Nachhaltigkeitsvorstellungen und Wirtschaftlichkeitskriterien passen und muss gleichzeitig ein Fortbestehen im internationalen Wettbewerbsumfeld garantieren. Wir haben die Ambition, all diesen Faktoren gerecht zu werden und arbeiten mit SALCOS an einer langfristigen Lösung.

Internationaler Wettbewerb

Um die für SALCOS notwendigen Technologien zu finanzieren, müssten wir den Preis unserer Endprodukte deutlich anheben. Als international agierender Konzern auf dem Weltmarkt ist die Umlage der erhöhten Kosten auf das Produkt jedoch nicht möglich, weil der Preisdruck immens ist. In anderen Ländern wie z.B. China wird Stahl kostengünstiger, dafür aber mit mehr Emissionen produziert.

Wirtschaftliche Kriterien

Mit der Machbarkeitsstudie MACOR prüft unser wissenschaftliches Team von Salzgitter Flachstahl und Salzgitter Mannesmann Forschung gemeinsam mit Fraunhofer-Instituten, ob die Pläne zur CO2-Reduktion in unserem Hüttenwerk - neben technischen und ökologischen - auch wirtschaftlichen Anforderungen standhalten. Die Realisierbarkeit von SALCOS hängt u.a. davon ab, wie sich z.B. die EEG-Umlage entwickeln wird.

Emissionsrechtehandel der EU

Für die CO2-Emissionen müssen Firmen innerhalb der Europäischen Union Zertifikate kaufen, die ihnen die Emission einer bestimmten Menge Kohlenstoffdioxid erlauben. In Europa wird mit diesen Papieren gehandelt. Um die Emissionen in Zukunft zu verringern und den Druck auf die Industrie zu erhöhen, soll die Verfügbarkeit der Zertifikate ab der 4. Handelsperiode in 2021 drastisch reduziert werden. Dadurch erhöht sich der Zertifikatepreis von heute 5€ je Tonne CO2 auf voraussichtlich etwa 30€. Diese enormen Mehrkosten betreffen nur die europäischen Konzerne, die dadurch ihre internationale Wettbewerbsfähigkeit verlieren. Für die Salzgitter AG steht eine zukünftige Deckungslücke von 40% im Raum. Das entspricht etwa 3,2 Millionen Tonnen CO2.

Technische Realisierbarkeit

Unser Vorhaben ist technisch nicht unmittelbar umsetzbar. Das Team von SALCOS und Beteiligte der Fraunhofer-Institute arbeiten an einem Konzept für einen stufenweisen Umbau. Dieser sieht einen mehrjährigen Transformationsprozess vor, bei dem die Hochöfen zunächst weiterhin betrieben und dann schrittweise durch Direktreduktionsanlagen ersetzt werden könnten.

Integration ins Hüttenwerk

Eine der größten technischen Herausforderungen besteht in der Integration der neuen Anlagen in das vorhandene Hüttenwerk. Weltweit wurde dieses Vorhaben bisher noch nicht umgesetzt. Salzgitter könnte also das erste Stahlunternehmen sein, welches eine Direktreduktionsanlage sukzessive in ein integriertes Hüttenwerk einbindet.

Verantwortung für Region und Mitarbeiter

Wir haben uns mit SALCOS bewusst dafür entschieden, das Szenario so zu entwerfen, dass die Anlagen in unserem integrierten Hüttenwerk am Standort Salzgitter zum Einsatz kommen könnten. Eine Verlagerung der Produktion ins nicht-europäische Ausland, um den Bedarf an CO2-Zertifikaten zu reduzieren, sogenanntes Carbon Leakage, widerspricht unserer Vorstellung von regionaler und globaler Verantwortung.

Verantwortung für unsere Umwelt

Wir begreifen Nachhaltigkeit als Konzept ganzheitlicher Verantwortung. Aus diesem Grund haben wir uns für die Forschung an einer sog. Carbon Direct Avoidance Strategie entschieden, bei der das CO2, welches bislang prozessbedingt bei der Reduktion des Eisenoxids im Hochofen entsteht, direkt vermieden wird. Mit SALCOS erarbeiten wir ein Konzept für dieses Vorhaben.

Klimaziele der EU

Die Europäische Union beteiligt sich maßgeblich am Weltklimaschutz. Sie formulierte dafür bereits in der Vergangenheit zahlreiche Programme und Vorschriften, die die CO2-Emissionen vor allem im industriellen Umfeld senken sollen. Ein wichtiges Instrument für dieses Ziel ist der Emissionshandel. Gegenüber dem Stand von 1990 sollen die CO2-Emissionen in der EU bis 2020 um 20%, bis 2030 um 40% und bis 2050 um 80% gesenkt werden.

Funktionsweise


Die Direktreduktion

Es besteht aus technologischer Sicht eine Möglichkeit, das bestehende Hüttenwerk unseren Bestrebungen zur Emissionsreduktion entsprechend auszubauen und neue Anlagen zu integrieren.

In einem Direktreduktionsreaktor könnte Eisenerz zunächst mit Hilfe von Erdgas und einem erhöhten Wasserstoffzusatz zu Eisen reduziert werden. Die Reaktion erfolgt bei 950 Grad und es entsteht Eisenschwamm. Auf Basis dieser Methode kann eine Reduktion des Eisens von bis zu 85% erreicht werden.

Darüber hinaus handelt es sich bei dieser Anlage um einen integrierten Prozess. Das Gas wird zirkulär geführt und nach der Abtrennung des bei der Reduktion entstehenden Wassers von verbleibendem CO2 befreit und weiter verwendet.

Die Herausforderung der Direktreduktion besteht in der Integration der neuen Anlagen in das bestehende Hüttenwerk. Bei einer schrittweisen Implementierung eines solchen Reaktors ist eine CO2 -Ersparnis von zunächst bis zu 50% theoretisch möglich. Sollte es in der Zukunft gelingen, die komplette Produktion mit Direktreduktionsanlagen vorzunehmen, kann dieser Wert auf bis zu 85% steigen. 

Übersichtsgrafik der SALCOS Funktionsweise

Zukunftschancen der Direktreduktion

Dieses Vorhaben ist technisch und wirtschaftlich nicht unmittelbar umsetzbar. Das Team von SALCOS und die Beteiligten der Fraunhofer-Institute arbeiten an einem Konzept für einen stufenweisen Umbau. Nach aktuellen Berechnungen könnten die CO2 -Emissionen bis 2050 dadurch sogar stärker abnehmen, als bisher von der Politik veranschlagt.

Neben technologischen Überlegungen entscheiden aber letztendlich politische Rahmenbedingungen und Wirtschaftlichkeitskriterien darüber, ob die CO2 reduzierte Stahlherstellung mit SALCOS ein erfolgsversprechendes Projekt oder eine wünschenswerte Vision ist.


Angrenzende Projekte


GrInHy als Baustein – „grüner“ Wasserstoff für die Stahlproduktion

Visual des Projektes GrInHy

Die Integration neuer Anlagen in die bestehende Infrastruktur ist eine Herausforderung. Dazu gehört nicht nur der flexible Einsatz von Wasserstoff und Erdgas als Reduktionsmittel des Direktreduktionsverfahrens, sondern auch die flexible Wasserstoffproduktion auf Basis regenerativer Energien. Denn die CO2 -Ersparnis innerhalb des Verfahrens wird hinfällig, wenn der Wasserstoff z.B. auf Basis von Erdgas oder elektrolytisch mit dem derzeitigen Strommix hergestellt werden würde.

Um in Zukunft möglicherweise selbst Wasserstoff zu produzieren, beteiligt sich die Salzgitter AG gemeinsam mit der Sunfire GmbH und anderen Partnern seit März 2016 an einem EU-Forschungsprojekt: GrInHy (= Green Industrial Hydrogen via reversible high-temperature electrolysis). Bei der Anlage in Salzgitter handelt es sich um den derzeit leistungsstärksten reversiblen Hochtemperaturelektrolyseur der Welt.

GrInHy - Reversibler Hochtemperaturelektrolyseur

Die Technologie der Hochtemperaturelektrolyse ermöglicht den reversiblen Betrieb der Versuchsanlage. Während sie im Elektrolysebetrieb mit höchsten elektrischen Wirkungsgraden industriell erzeugten Dampf aus Abwärme in Wasserstoff wandelt, produziert sie im umgekehrten Fall, dem Brennstoffzellenbetrieb, Strom und Wärme aus Wasserstoff oder Erdgas.

Der elektrolytisch erzeugte Wasserstoff kann dabei bereits heute als Schutzgas bei den Glühprozessen zur Stahlproduktion genutzt werden und Wasserstoff auf fossiler Basis verdrängen. Zukünftig ist natürlich bei deutlich größeren Kapazitäten auch der Einsatz als Substitut für Kohlenstoff für die Direktreduktion von Eisenoxid denkbar.

Neben dem Nachweis eines elektrischen Wirkungsgrades von mehr als 80% (Heizwert bezogen) dient der Testbetrieb der techno-ökonomischen Bewertung der Technologie vor dem Hintergrund der konkurrenzfähigen Wasserstoffproduktion.

www.green-industrial-hydrogen.com


© Salzgitter AG
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