Stahlindustrie : Stahlproduktion mit Wasserstoff: Hamburger Forscher skeptisch

Die Aufmerksamkeit der Stahlbranche gegenüber der Produktion von Stahl mit Wasserstoff steigt. Denn während der Klimawandel deutlich schneller und mit viel härteren Folgen einsetzt als erwartet, wächst auch in diesem extrem energieintensiven und schadstoffreichen Segment der Druck, die Emissionen zumindest etwas zu senken.

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Jetzt haben Spezialisten des Hamburger Stahlwerks zusammen mit Marc Hölling, Professor an der Hamburger Hochschule HAW, eine Studie zum Thema veröffentlicht. Im Fachmedium "Stahl und Eisen" bewerten sie, inwieweit beim Werkstoff Stahl die Reduktion von Eisenerz mit Hilfe von Wasserstoff möglich ist. Weitere Infos von Arcelormittal dazu hier.

Dass die Analyse an diesen Standort passiert, ist kein Zufall: Arcelormittal betreibt in Hamburg das einzige Stahlwerk in Westeuropa mit einer Direktreduktionsanlage, in der Eisenerzpellets mit einem Reduktionsgas statt mit Koks in metallisches Eisen umgewandelt werden.

Dieses Reduktionsgas besteht bereits heute zu rund 60 Prozent aus Wasserstoff, so dass der Schritt zu einer vollständigen Reduktion mit Wasserstoff naheliegend ist.

Und damit ist eine Prozessroute zumindest denkbar, die völlig frei von CO2 arbeitet - wenn nämlich der eingesetzte Wasserstoff aus einer Elektrolyse kommt, die ihren Strom ausschließlich aus erneuerbaren Energien bezieht.

Ist eine Reduktion mit Wasserstoff technisch machbar?

Wie stellen sich die Umwandlungskosten für Wasserstoff-Stahl dar?

Zu der Direktreduktionsanlage am Hamburger Standort liegen fast 50 Jahre Betriebserfahrung vor. Deshalb gebe es technologisch keine Hemmnisse, einen Prozess ausschließlich mit Wasserstoff umzusetzen, schreiben die Studienautoren: Sowohl der Reduktionsprozess als auch die Verwendung von Elektrolyseuren seien technisch gut beherrschbar und erprobt.

Von größerer Bedeutung ist allerdings die wirtschaftliche Frage. Aktuell wird das Reduktionsgas über Erdgas erzeugt, was bereits höhere Umwandlungskosten bedingt als etwa der Betrieb eines Hochofens. Will man Stahl ganz frei von CO2 erzeugen, müssen für die Erzeugung von Wasserstoff ausschließlich erneuerbare Energien eingesetzt werden - das würde die Kosten weiter in die Höhe treiben.

Zudem ist für die Industrie die Grundlast in den Stromnetzen ein wichtiger Faktor. Daher wurden in der Studie Energiekosten von 100 Euro je Megawattstunde angesetzt, da der Strom grundlastfähig zur Verfügung stehen muss und somit zusätzliche Kosten für die Besicherung entstehen.

Genau über diese Annahme kann man geteilter Meinung sein - denn der Betrag von 100 Euro ist mehr als drei Mal höher als der aktuelle Strompreis im Großhandel in Deutschland wie in Österreich. So pendelt der Preis für eine Megawattstunde am Spotmarkt jetzt im August um die 28 Euro. Freilich ist das nicht unbedingt der richtige Bereich für jene Hersteller, die ihre Energieversorgung sehr langfristig ausrichten.

Doch auch wenn ein Großverbraucher wie ein Stahlwerk eine genau bestimmte Menge Strom in einem festgelegten Zeitraum in der Zukunft kauft, zum Beispiel im kommenden Jahr, zahlt er jetzt im August 2017 an der Strombörse EEX für ein Grundlastprodukt in 2018 nicht mehr als 34 Euro je Megawattstunde, meldet die heimische E-Control.

Nimmt man dagegen den Betrag als richtig an, von dem die Studienautoren ausgehen, würden sich die Umwandlungskosten für das Reduktionsgas um mindestens den Faktor fünf erhöhen. Das Ergebnis ihrer Analyse lautet daher: Derzeit gebe es keine Wirtschaftlichkeit für eine entsprechende Technologie.

Hinzu kämen die hohen Investitionskosten für Power-to-Gas-Anlagen, die für eine Jahrestonnage von einer Million Tonnen bei mindestens 200 Millionen Euro liegen würden.

Das Fazit der Berechnungen im Hamburger Werk von Arcelormittal: Eine Produktion von Stahl mit weniger Schadstoffen ist technisch machbar. Doch bei einem Strompreis von 100 Euro je Megawattstunde würde die Umstellung auf Wasserstoff eine enorme Erhöhung der Erzeugungskosten bedeuten - die von den Kunden nicht getragen würden.

Deshalb gebe es derzeit keine wirtschaftlichen Anreize für eine Prozessumstellung, schreiben die Studienautoren. Arcelormittal jedenfalls schiebt die Verantwortung weiter an die Politik: Nun seien Schritte nötig, Rahmenbedingungen zu schaffen, die eine CO2-freie Stahlherstellung begünstigten.

In Österreich widmen sich aktuell zwei Große ihrer Branchen dem Thema: Der Stahlkonzern Voestalpine und der größte heimische Versorger Verbund haben eine auf sechs Jahre angelegte Kooperation vereinbart, die auch die Erforschung neuer Möglichkeiten der Stahlproduktion mit Wasserstoff umfasst.

Allerdings zeigte sich auch Voestalpine-Chef Wolfgang Eder skeptisch, was einen schnellen Einsatz der Methode betrifft: Allein die Voest bräuchte rund 33 Terawattstunden pro Jahr aus dem externen Netz - das wäre etwa die Hälfte des gesamten Strombedarfs von Österreich.

Statt schnelle Erfolge zu versprechen, betonte Eder bei der Vorstellung des Projekts im Vorjahr, es brauche eine langfristige Koordination zwischen industriellen Erzeugern und Verbrauchern von Energie. Weitere Eckdaten zu dem Vorhaben hier >>

(pm)