09.08.2017 | ArcelorMittal Hamburg

Wasserstoff-Stahl: ArcelorMittal und HAW Hamburg legen Studie vor

Als innovatives Stahlwerk ist ArcelorMittal Hamburg permanent auf der Suche nach alternativen Herstellungsprozessen, um den Werkstoff Stahl noch klima- und umweltverträglicher erzeugen zu können. In enger Zusammenarbeit mit Prof. Marc Hölling von der HAW Hamburg wurde in der Stahl und Eisen (Ausgabe 6/2017) eine Studie veröffentlicht, die die Reduktion von Eisenerz mit Hilfe von Wasserstoff bewertet.


Die Direktreduktionsanlage in Hamburg ist die europaweit die einzige ihrer Art.     Foto: ArcelorMittal

Die ArcelorMittal Hamburg GmbH betreibt als einziges Stahlwerk in Westeuropa eine Direktreduktionsanlage (siehe Bild), in der Eisenerzpellets mit einem Reduktionsgas statt mit Koks in metallisches Eisen umgewandelt werden. Das Reduktionsgas besteht bereits heute zu rund 60 Prozent aus Wasserstoff, so dass der Schritt zu einer vollständigen Reduktion mit Wasserstoff naheliegend ist. Wenn dieser Wasserstoff mittels Elektrolyse produziert wird, bei dem ausschließlich erneuerbarer Strom verwendet wird, wäre eine Prozessroute denkbar, die nahezu CO2-frei wäre.

In der Studie wurden zwei Aspekte bewertet:

  • Ist eine Reduktion mit Wasserstoff technisch machbar?
  • Wie stellen sich die Umwandlungskosten für Wasserstoff-Stahl dar?

Aufgrund der fast 50-jährigen Betriebserfahrung mit der Direktreduktionsanlage am Hamburger Standort kann geschlussfolgert werden, dass es technologisch keine Hemmnisse gibt, einen Prozess mit ausschließlich Wasserstoff umzusetzen. Sowohl der Reduktionsprozess als auch die Verwendung von Elektrolyseuren sind technisch gut beherrschbar und erprobt.

Viel spannender stellt sich die wirtschaftliche Frage dar. Aktuell wird das Reduktionsgas über Erdgas erzeugt, was bereits höhere Umwandlungskosten bedingt als z.B. der Betrieb eines Hochofens. Für CO2-freien Stahl dürften für die Erzeugung von Wasserstoff nur Erneuerbare Energien (Grundlast!) eingesetzt werden, was die Kosten weiter in die Höhe treiben würde. In der Studie wurden Energiekosten von 100 €/MWh angesetzt, da der Strom grundlastfähig zur Verfügung stehen muss und somit zusätzliche Kosten für die Besicherung entstehen. Auf dieser Basis würden sich die Umwandlungskosten um mindestens den Faktor fünf erhöhen, so dass es aktuell keine Wirtschaftlichkeit für eine entsprechende Technologie gibt. Hinzu kommen die immensen Investitionskosten für die Power-to-Gas-Anlagen, die für eine Jahrestonnage von einer Million Tonnen bei mindestens 200 Millionen Euro liegen würden.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass klimafreundlicher Stahl technisch machbar ist. In der aktuell schwierigen Lage der Stahlindustrie würde die Umstellung auf Wasserstoff aber eine enorme Erhöhung der Erzeugungskosten bedeuten, die von den Kunden nicht getragen werden. Es gibt aktuell keine wirtschaftlichen Anreize für eine Prozessumstellung. Somit ist die Politik gefordert, Rahmenbedingungen zu schaffen, die eine CO2-freie Stahlherstellung begünstigen und nicht eine Verlagerung der Stahlindustrie in Staaten außerhalb des europäischen CO2-Handels.