Neue Anpassungen für Hochöfen könnten die Emissionen bei der Stahlherstellung um 90 Prozent reduzieren

Forscher der Universität Birmingham haben eine neuartige Anpassung für bestehende Eisen- und Stahlöfen entwickelt, die die Kohlendioxidemissionen (CO2) der Stahlindustrie um fast 90 % reduzieren könnte.

In einer Pressemitteilung erklärte die Universität, dass diese radikale Reduzierung durch ein Kohlenstoffrecyclingsystem mit „geschlossenem Kreislauf“ erreicht wird, das 90 Prozent des Koks ersetzen könnte, der normalerweise in aktuellen Hochofen-Sauerstoffofensystemen verwendet wird, und Sauerstoff als Nebenprodukt erzeugt.

Das von Professor Yulong Ding und Dr. Harriet Kildahl von der School of Chemical Engineering der University of Birmingham entwickelte System wird in einem im Journal of Cleaner Production veröffentlichten Artikel detailliert beschrieben, der zeigt, dass es bei einer alleinigen Implementierung im Vereinigten Königreich zu Kosteneinsparungen von führen könnte 1,28 Milliarden Pfund in 5 Jahren bei gleichzeitiger Reduzierung der Gesamtemissionen im Vereinigten Königreich um 2,9 Prozent.

Professor Ding sagte: „Aktuelle Vorschläge zur Dekarbonisierung des Stahlsektors basieren auf dem Ausstieg aus bestehenden Anlagen und der Einführung von Elektrolichtbogenöfen, die mit erneuerbarem Strom betrieben werden.“ Der Bau einer Elektrolichtbogenofenanlage kann jedoch über 1 Milliarde Pfund kosten, was diesen Wechsel in der verbleibenden Zeit bis zur Erfüllung des Pariser Klimaabkommens wirtschaftlich undurchführbar macht. Das von uns vorgeschlagene System kann in bestehende Anlagen nachgerüstet werden, was das Risiko verlorener Vermögenswerte verringert und sowohl die CO2-Reduzierung als auch die Kosteneinsparungen sofort sichtbar macht.“

Der größte Teil des weltweiten Stahls wird in Hochöfen hergestellt, in denen Eisen aus Eisenerz hergestellt wird, und in Hochöfen mit Sauerstoff, in denen dieses Eisen zu Stahl verarbeitet wird.

Der Prozess ist von Natur aus kohlenstoffintensiv und verwendet metallurgischen Koks, der durch destruktive Destillation von Kohle in einem Koksofen hergestellt wird und mit dem Sauerstoff im Heißluftstrom reagiert, um Kohlenmonoxid zu erzeugen. Dieses reagiert mit dem Eisenerz im Ofen zu CO2. Das Gichtgas aus dem Ofen enthält hauptsächlich Stickstoff, CO und CO2, das verbrannt wird, um die Lufttemperatur in einem heißen Ofen auf 1200 bis 1350 °C zu erhöhen, bevor es in den Ofen geblasen wird, wobei CO2 und N2 (das auch NOx enthält) emittiert werden die Umgebung.

Das neuartige Recyclingsystem fängt das CO2 aus dem Gichtgas auf und reduziert es mithilfe eines kristallinen Mineralgitters, das als „Perowskit“-Material bekannt ist, zu CO2. Das Material wurde ausgewählt, da die Reaktionen in einem Temperaturbereich (700–800 °C) stattfinden, der aus erneuerbaren Energiequellen gespeist und mithilfe von an die Hochöfen angeschlossenen Wärmetauschern erzeugt werden kann.

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Bei hoher CO2-Konzentration spaltet der Perowskit CO2 in Sauerstoff, der vom Gitter absorbiert wird, und CO, das dem Hochofen wieder zugeführt wird. Der Perowskit kann durch eine chemische Reaktion, die in einer sauerstoffarmen Umgebung stattfindet, in seine ursprüngliche Form regeneriert werden. Der erzeugte Sauerstoff kann im Sauerstoff-Grundofen zur Stahlerzeugung genutzt werden.

Die Eisen- und Stahlerzeugung ist der größte CO2-Emittent aller Grundindustriesektoren und verursacht 9 % der weltweiten Emissionen. Nach Angaben der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) muss bis 2050 eine Reduzierung der Emissionen um 90 % erreicht werden, um die globale Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen.

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