Erfindung aus Frankfurt: Neuer Anlauf für grünen Stahl

Christmas Creek heißt die Eisenerzmine in Australien, an der bald eine Erfindung aus Frankfurt zum Einsatz kommen soll. Es ist ein passender Name für einen Standort, an dem sich für die hessischen Ingenieure ein lang gehegter Wunsch erfüllt: dass nämlich ihr Verfahren für eine klimafreundliche Stahlproduktion, das auf ein Projekt aus den Neunzigerjahren zurückgeht, von einem großen Kunden getestet wird. Der australische Bergwerkskonzern Fortescue will mit der Pilotanlage in Christmas Creek seine Abnehmer ermuntern, in der Stahlproduktion neue Wege zu gehen. Der Prototyp für diese Anlage steht im Frankfurter Stadtteil Seckbach, auf einem Gelände der Outotec Deutschland GmbH, die zum finnischen Technologiekonzern Metso gehört. Mitte September präsentierte das Unternehmen dort das Verfahren, mit dem die Produktion von grünem Stahl Fahrt aufnehmen soll. „Das konventionelle Verfahren für die Herstellung von Eisen ist schmutzig“, sagte Parizat Pandey, bei Metso zuständig für die sogenannte Eisenerzreduktion, bei der Vorstellung. Mit jeder Tonne Stahl, die hergestellt werde, gingen bis zu zwei Tonnen Kohlendioxid in die Luft. Laut der World Steel Association ist die Branche für mindestens sieben Prozent der von Menschen verursachten Treibhausgasemissionen verantwortlich. Australien bietet gute Standortbedingungen Um das zu ändern, arbeiten mehrere Stahlproduzenten bereits daran, ihre mit Koks befeuerten Hochöfen durch sogenannte Direktreduktionsanlagen zu ersetzen, die allein mit Gas betrieben werden. Solche Anlagen planen oder bauen in Deutschland Thyssenkrupp, Salzgitter und Saarstahl. Aber: Wirklich klimafreundlich sind Direktreduktionsanlagen nur, wenn darin grüner Wasserstoff zum Einsatz kommt. Und der ist in Mitteleuropa knapp. Australien dagegen bietet gute Voraussetzungen dafür, mithilfe erneuerbarer Energien grünen Wasserstoff zu erzeugen: Sonne und Wind gibt es dort reichlich, außerdem Platz für Solarparks und Windräder. Aber auch in Australien gilt die Produktion von grünem Stahl bislang als Herausforderung. Ein Grund dafür: Für seine Herstellung kommen bislang nur qualitativ hochwertige Erze infrage, die einen Eisengehalt von mindestens 67 Prozent aufweisen. Und das trifft nur auf ungefähr fünf Prozent der weltweiten Eisenerzvorkommen zu. Metso gibt an, dieses Problem lösen zu können. Das Unternehmen hat eine Technologie reaktiviert, die in Frankfurt vor mehr als 20 Jahren entwickelt und unter dem Namen Circored patentiert wurde. Das Verfahren stammt von der Lurgi AG, deren Metallurgie-Anlagenbaugeschäft 2001 von Outokumpu aus Finnland übernommen und einige Jahre später an Metso weiterverkauft wurde. Ursprünglich ging es gar nicht um Klimaschutz Schon 1999 stellte die Lurgi AG mit dem Circored-Verfahren ein wichtiges Vorprodukt für Stahl mithilfe von Wasserstoff her – in einer großen Anlage in Trinidad. Die Entscheidung für Wasserstoff als Energieträger fiel damals allerdings nicht aus Umweltschutzgründen. Der seinerzeit verwendete Wasserstoff war auch nicht grün, sondern wurde mithilfe von Erdgas erzeugt. Es ging nicht ums Klima, sondern um eine Vereinfachung der Stahlproduktion. Dazu muss man wissen: Eisenerze sind Verbindungen aus Eisen und Sauerstoff, die mit weiteren Mineralien vermischt sind. Für eine erste Aufreinigung werden die Erze zermahlen, müssen dann aber in der Regel für die weitere Verarbeitung wieder zu größeren Stücken – Pellets – verbunden werden. Das zeit- und energieintensive Pelletieren fällt beim Circored-Prozess weg. Bei diesem Verfahren werden die feinen Erzpartikel direkt der Erzreduktion zugeführt – so heißt der Schritt, bei dem Eisenoxid der Sauerstoff entzogen wird, sodass daraus Roheisen wird. Im klassischen Hochofen geschieht das, weil Kohlenmonoxid den Sauerstoff aus dem Eisenerz bindet. Das kann aber auch Wasserstoff, sogar bei Temperaturen von weniger als 1200 Grad, wie sie in einem klassischen Hochofen herrschen. Weil sich die feinen Erzpartikel, die für den Circored-Prozess verwendet werden, bei derartigen Temperaturen verklebt hätten, entschied sich Lurgi schon in den Neunzigerjahren für Wasserstoff. Die Anlage in Trinidad produzierte mit dem heute wieder als Hoffnungsträger gehandelten Gas 300.000 Tonnen Roheisen – wurde dann aber stillgelegt. Gas sei damals im Vergleich zu Koks zu teuer gewesen, heißt es bei Metso. Mittlerweile allerdings treibt der CO2-Preis die Kosten für den Betrieb der herkömmlichen Hochöfen. Obendrein zwingen die EU-weiten Klimaziele die Stahlhersteller, ihre Emissionen zu vermindern. Vor diesem Hintergrund machten sich Ingenieure von Outotec Deutschland beim Mutterkonzern Metso dafür stark, dem Circored-Verfahren eine zweite Chance zu geben. „Sie haben mich überzeugt, diese Technologie wiederzubeleben“, sagte der verantwortliche Manager Attaul Ahmad bei der Vorstellung der Pilotanlage in Frankfurt im September. Dort wird mithilfe von Wasserstoff vom Industriegasehersteller Air Liquide, der direkt nebenan eine Anlage betreibt, Roheisen in kleinen Mengen hergestellt und an interessierte Kunden geliefert, die dessen Weiterverarbeitung erproben können. Nach Angaben von Metso ist das Circored-Verfahren bislang das einzige, das auch im industriellen Maßstab – wie die Anlage in Trinidad gezeigt hat – ausschließlich mit Wasserstoff funktioniert. In den von Wettbewerbern gebauten Direktreduktionsanlagen müsse Wasserstoff mit Erdgas vermischt werden. Wie bei all diesen Anlagen muss allerdings auch beim Circored-Verfahren das Roheisen, das bei der Erzreduktion entsteht, in einem zweiten Schritt noch eingeschmolzen werden, um es von verbleibenden Verunreinigungen zu befreien. Dennoch sei der Treibhausgas-Ausstoß mindestens um 80 Prozent geringer als auf der klassischen Hochofenroute, heißt es bei Metso. Die Finnen haben einen neuartigen Elektro-Schmelzofen entwickelt, der auch mit Roheisen aus den Erzen klarkommen soll, die beispielsweise bei Fortescue in Australien abgebaut werden. Ihr Eisengehalt liegt unter den für grünen Stahl bislang empfohlenen 67 Prozent. Wenn sich die Pilotanlage in Christmas Creek, die auf die Produktion von gut 1500 Kubikmeter Roheisen im Jahr ausgelegt ist, bewährt, wäre das eine gute Nachricht für das Weltklima. Denn Australien verfügt über die größten Eisenerzvorkommen weltweit.