Um den Auswirkungen des Klimawandels zu begegnen, ist eine deutliche Verringerung der weltweiten CO2-Emissionen notwendig. Wissenschaftler des Lehrstuhls für Eisen- und Stahlmetallurgie wollen dazu einen erheblichen Beitrag leisten.
Das Projektteam des Lehrstuhls für Eisen- und Stahlmetallurgie
Im Übereinkommen von Paris wurde eine Verringerung der CO2-Emissionen um 80 Prozent bis zum Jahr 2050 vereinbart. Damit ist auch die Eisen- und Stahlindustrie gezwungen, ihren Ausstoß stark zu verringern. In einer Reihe von Forschungsarbeiten haben sich mehrere Möglichkeiten herauskristallisiert. Am Lehrstuhl für Eisenund Stahlmetallurgie wird an der kohlenstofffreien Produktion von Stahl mit Wasserstoff als Reduktionsmittel geforscht.
CO2-freie Stahlproduktion
Vereinfacht erklärt, wird derzeit Stahl in zwei Prozessschritten erzeugt: Das Erz wird im Hochofen zu Roheisen und dann über den LD-Konverter zu Stahl. Für diesen gängigen Prozess wird vorwiegend Kohle als fossiler Energierohstoff eingesetzt, wodurch 1,8 bis 2 Tonnen CO2 pro Tonne Stahl entstehen. „Wir versuchen eine neuartige Wasserstoff-Plasmatechnologie für die Schmelzreduktion von Eisenerzen und eine direkte Produktion von Stahl zu entwickeln“, erläutert Lehrstuhlleiter Univ.-Prof. Dr. Johannes Schenk. Dabei soll Wasserstoff-Plasma für die Reduktion der Oxide dienen, und die Plasmaenergie zum Aufschmelzen des metallischen Eisens verwendet werden. Bei der Verwendung von Wasserstoff als Reduktionsmittel entsteht als gasförmiges Endprodukt klimaneutrales Wasser. „Daher sehen wir diese Technologie in Hinblick auf ein gesamteuropäisches Energiekonzept, welches auf erneuerbare Energieressourcen setzt, als eine Schlüsseltechnologie“, ist sich Schenk sicher. In Grundlagenuntersuchungen wurde die Möglichkeit der direkten Stahlerzeugung aus Eisenoxiden durch Wasserstoff-Plasma evaluiert. Diese bestätigen grundlegend die Durchführbarkeit dieses Verfahrenskonzepts.
Pilotanlage
Schematische Darstellung der Pilotanlage
In einer Laboranlage wurden bereits unterschiedliche Konzepte zur Herstellung des Wasserstoff- Plasmas, Variationen der Eisenoxidzufuhr, diverse Lösungen hinsichtlich Feuerfestmaterial und
Kühlung in der Schlackenzone sowie unterschiedliche Reaktorgeometrien untersucht. „Aufgrund dieser Untersuchungsergebnisse wird derzeit an einer Pilotanlage gebaut, die bis zu 50 Kilogramm Stahl erzeugen kann“, erörtert Schenk. Diese Anlage soll bis September dieses Jahres in Donawitz aufgestellt werden. An dieser Anlage sollen dann die nächsten Schritte zu einer CO2-freien Stahlerzeugung getestet werden.
Als Partner in diesem zukunftsweisenden Projekt fungieren die voestalpine und das Metallurgische Kompetenzzentrum K1-MET.
Weltweite Forschungsvorhaben
Derzeit wird weltweit an verschiedensten Lösungen für eine CO2-freie Stahlproduktion geforscht,
spielt doch die Stahlindustrie mit ca. sechs Prozent des weltweiten Ausstoßes eine tragende Rolle. Die Wissenschaftler des Lehrstuhls für Eisen- und Stahlmetallurgie wollen dabei auch in Zukunft einen wesentlichen Beitrag dazu leisten.
