Emissionen der Stahlerzeugung um 90 Prozent reduziert

Diese radikale Verringerung wird durch ein Kohlenstoff-Recycling-System in einem geschlossenen Kreislauf erreicht, das 90 % des Koks ersetzen könnte, der in den derzeitigen Hochofen-Basis-Sauerstoff-Ofensystemen verwendet wird, und das Sauerstoff als Nebenprodukt erzeugt.

Das von Professor Yulong Ding und Dr. Harriet Kildahl von der School of Chemical Engineering der Universität Birmingham entwickelte System wird in einem im Journal of Cleaner Production veröffentlichten Papier detailliert beschrieben. Daraus geht hervor, dass es allein im Vereinigten Königreich innerhalb von fünf Jahren Kosteneinsparungen in Höhe von 1,28 Milliarden Pfund ermöglichen und gleichzeitig die Gesamtemissionen des Landes um 2,9 % senken könnte.

Professor Ding sagte: "Die derzeitigen Vorschläge zur Dekarbonisierung des Stahlsektors beruhen auf der schrittweisen Stilllegung bestehender Anlagen und der Einführung von Elektrolichtbogenöfen, die mit erneuerbarem Strom betrieben werden. Der Bau eines Elektrolichtbogenofens kann jedoch über 1 Milliarde Pfund kosten, so dass diese Umstellung in der verbleibenden Zeit bis zur Erfüllung des Pariser Klimaabkommens wirtschaftlich nicht machbar ist. Das von uns vorgeschlagene System kann in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden, was das Risiko von Stranded Assets verringert, und sowohl die CO2-Reduzierung als auch die Kosteneinsparungen werden sofort sichtbar."

Das neuartige Recyclingsystem fängt das CO2 aus dem Topgas ab und reduziert es mithilfe eines kristallinen Mineralgitters, das als Perowskit-Material bekannt ist, zu CO. Das Material wurde ausgewählt, weil die Reaktionen in einem Temperaturbereich von 700 bis 800° C stattfinden, der mit erneuerbaren Energiequellen und/oder durch Wärmetauscher an den Hochöfen erzeugt werden kann.

Der größte Teil der weltweiten Stahlproduktion erfolgt über Hochöfen, in denen Eisen aus Eisenerz gewonnen wird, und Sauerstoffblasöfen, in denen dieses Eisen zu Stahl verarbeitet wird. Das Verfahren ist von Natur aus kohlenstoffintensiv, da Hüttenkoks verwendet wird, der durch destruktive Destillation von Kohle in einem Koksofen hergestellt wird und mit dem Sauerstoff im Heißwind zu Kohlenmonoxid reagiert. Dieses reagiert mit dem Eisenerz im Ofen und erzeugt CO2. Das Abgas aus dem Ofen enthält hauptsächlich Stickstoff, CO und CO2, das verbrannt wird, um die Temperatur der Blasluft auf 1200 bis 1350° C zu erhöhen, bevor es in den Ofen geblasen wird, wobei das CO2 und N2 (das auch NOx enthält) in die Umwelt abgegeben werden.

Bei einer hohen CO2-Konzentration spaltet der Perowskit das CO2 in Sauerstoff, der im Gitter absorbiert wird, und in CO, das in den Hochofen zurückgeführt wird. Das Perowskit kann in einer chemischen Reaktion, die in einer sauerstoffarmen Umgebung abläuft, wieder in seine ursprüngliche Form zurückgeführt werden. Der erzeugte Sauerstoff kann im Sauerstoffblasofen zur Stahlerzeugung verwendet werden.

Das neue System kann in bestehenden Öfen nachgerüstet werden, wobei eine Reihe von zusätzlichen Gasabscheidern und Wärmetauschern erforderlich ist, um den Perowskit-Splitter zu unterstützen.

Die Eisen- und Stahlerzeugung ist mit einem Anteil von 9 % an den weltweiten Emissionen der größte CO2-Emittent unter allen grundlegenden Industriesektoren. Nach Angaben der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) muss sie ihre Emissionen bis 2050 um 90 % senken, um die globale Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen.

Die University of Birmingham Enterprise hat das System und seine Verwendung in der Metallproduktion zum Patent angemeldet und sucht nach langfristigen Partnern für die Teilnahme an Pilotstudien, die Bereitstellung dieser Technologie für bestehende Infrastrukturen oder die Zusammenarbeit bei der weiteren Forschung zur Entwicklung des Systems.

Quelle: University of Birmingham / Foto: Fotolia