Die Revolution der Stahlindustrie

Bislang basiert die Stahlproduktion auf der Verbrennung von Koks oder Erdgas. In Zukunft sollen sie von Wasserstoff abgelöst werden. [Alimkin/ Shutterstock]

Um die europäischen Klimaziele einzuhalten und wettbewerbsfähig zu bleiben, muss sich die  energieintensive Stahlindustrie neu erfinden. Viele Konzerne setzen auf Wasserstoff als Wunderlösung, um fossile Brennstoffe zu ersetzen. Aber obwohl die Technologien längst existieren, bleibt der Traum vom „grüner Stahl“ in weiter Ferne.

Stahl ist der am meisten verwendete Werkstoff der Welt. Produziert wird er heute im Prinzip noch wie seit Jahrhunderten: In riesigen Hochöfen wird Eisenerz zusammen mit Koks geschmolzen. Flüssiges Roheisen wird dann weiter in einen Konverter gleitet, um dort zu hochgradigem Stahl weiterverarbeitet zu werden. Die Arbeit am Hochofen wir von Hitze und Funken begleitet, die Arbeiter tragen lange, silberne Schutzanzüge.

Doch die Zeit des Hochofens neigt sich dem Ende zu. Um die deutschen und europäischen Klimaziele einzuhalten, wird die Produktion bis 2050 ganz ohne fossile Brennstoffe ablaufen müssen. Derzeit emittiert die deutsche Stahlbranche jährlich noch 67 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente. Das Treibhausgas entströmt dem Hochofen und stammt aus dem Koks, das im Ofen geschichtet wird. Der Kohlenstoff reduziert das Eisenerz bildet dabei mit dem Sauerstoff CO2.

„Mit Subventionen hat noch nie eine Industrie überlebt“

Anstatt eine CO2-Steuer einzuführen, sollten lieber die Energiepreise sinken, fordert Reinhold Achatz, Technik-Chef von Thyssenkrupp. An der freiwilligen Kompensation von Treibhausgasen nimmt der Stahlriese nicht teil.

Diese Emissionen werden in Zukunft teuer werden. Denn Stahlproduzenten sind im CO2-Emissionszertifikatehandel (ETS) der EU integriert, auch wenn sie derzeit noch einen Großteil ihrer Zertifikate kostenlos erhalten. Ab 2021 wird die Zahl freier Zertifikate aber stark reduziert werden, die Preise steigen jetzt schon rasant an. Eine Tonne CO2 kostet derzeit rund fünfmal so viel wie noch vor zwei Jahren. Das stellt die Branche vor finanzielle Herausforderungen: „Der Kauf von Zertifikaten und höhere Strompreise drohen zu massiven internationalen Wettbewerbsnachteilen zu führen“, warnt Hans Jürgen Kerkhoff, Präsident der Wirtschaftsvereinigung Stahl.

Unternehmen produzieren bereits eigenen Wasserstoff

Kann Stahl aber ganz ohne CO2 produziert werden? Theoretisch ja. Seit Jahren wird an Techniken zur CO2-freien Stahlproduktion geforscht. Arcelor-Mittal, Thyssen-Krupp, Tata, Voestalpine, sie alle suchen Verfahren, um ohne Kohle auszukommen. Und sie alle setzen auf Wasserstoff als Ersatz für fossile Brennstoffe.

Bei einem der größten europäischen Stahlproduzenten, der Salzgitter AG, wird bereits eigener Wasserstoff mithilfe von Elektrolyse hergestellt. Zwei Container auf dem Werksgelände produzieren das Gas mithilfe erneuerbarer Energien, wenn bisher auch nur in kleinen Mengen. Auch im österreichischen Linz und im schwedischen Luleå entstehen derzeit Elektrolyseanlagen für die Produktion von sogenanntem grünem Stahl. In Salzgitter hat man ein ganzes Transformationskonzept für die klimaneutrale Stahlproduktion entworfen und es SALCOS (Salzgitter Low CO2 Steelmaking) getauft. Schrittweise sollen dabei die drei Hochöfen des Konzerns durch sogenannte Direktreduktionsanlagen ersetzt werden, die sowohl mit Wasserstoff als auch mit Erdgas betrieben werden können. Koks und Kohlepulver wären dann unnötig. Die Pläne sind ausgereift, eine 3D-Animation erlaubt es sogar, die geplanten Anlagen virtuell auf dem Gelände zu betrachten.

Industriestrategie 2030: Altmaier setzt auf "European Champions"

Die deutsche Industrie soll sich gegen die USA und China behaupten können, meint Peter Altmaier. Dazu will er die Schaffung europäischer Großkonzerne fördern, notfalls soll der Staat eingreifen.

Schwierige Kostenkalkulation

„Das Problem ist, dass wir für die Elektrolyse sehr große Mengen an Strom brauchen und der Strompreis hoch ist. Das treibt die CO2-Vermeidungskosten in die Höhe“ erklärt Alexander Redenius, einer der Leiter des Projektes, im Gespräch mit EURACTIV. Dazu kommen enorme Investitionskosten für die Anlagen, ungefähr eine bis zwei Milliarden Euro würde jede der drei Umbauphasen kosten. Die langfristigen Betriebskosten könne man aber nicht betiteln. „Die Berechnungen sind sehr komplex, darin liegen viele Annahmen, von denen wir bisher nicht sicher ausgehen können“.

Mit den geplanten neuen Anlagen könnte, wenn sie komplett mit Wasserstoff betrieben werden, der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid vollständig vermieden werden. Das fossile Erdgas, mit dem bereits eine hohe CO2-Einsparung im Vergleich zur konventionellen Route erreicht werden, könnte dann Schritt für Schritt je nach Verfügbarkeit von erneuerbarer Energie durch den grünen Wasserstoff ersetzt werden. Aber davon braucht es große Mengen. 80.000 Normkubikmeter Wasserstoff pro Stunde wären alleine für die erste Ausbaustufe des dreistufigen Umstellungskonzeptes in Salzgitter nötig. Die Wasserstoffmenge entspricht einer Elektrolyseleistung von ca. 330 MW, gibt Projektleiter Redenius an.

Diese Menge wird das Unternehmen wahrscheinlich nicht selber herstellen. Man prüft daher auch Wasserstoff-Importe, zum Beispiel aus den Niederlanden, die eine große Produktionsanlage im Gigawatt-Bereich planen.

So viel Strom wie alle deutschen Haushalte für den grünen Stahl

Das Problem, vor dem die gesamte Stahlbranche, eigentlich die ganze europäische Schwerindustrie steht, lautet: Wie können wir umweltfreundlich produzieren und dabei international konkurrenzfähig beiben? „Nichts hält den Kunden davon ab, günstigeren Stahl in China zu kaufen. Es muss sich ökonimisch lohnen, hier solche Anlagen zu betreiben“, so Redenius. Eine Möglichkeit, um sich vor der ausländischen Konkurrenz zu schützen, wären Pflichtquoten für grünen Stahl, meint er. Außerdem treibt Frankreich seit Jahren die Idee einer europäischen CO2-Grenzsteuer an, mit der in die EU importierten Produkte einen Zoll auf ihren CO2-Fußabdruck erhalten würden. So sollen vergleichbare Wettbewerbsbedingungen für die heimischen Produkte geschaffen werden. Auch die designierte Kommissionspräsidentin Ursula von der Leyen hat sich bisher der Idee gegenüber offen gezeigt. Kritiker argumentieren aber, eine CO2-Grenzsteuer verstoße gegen WTO-Regeln.

Der Stoff der Zukunft? Deutschland möchte Weltmarktführer beim Wasserstoff werden

Deutschland möchte jährlich 100 Millionen Euro in die Erforschung von Wasserstoff-Technologien investieren. Es könnte das Geschäft der Zukunft und Deutschlands nächster Export-Hit werden. Doch die Zukunft des grünen Gases ist noch extrem wackelig. 

Schutzzölle senken allerdings nicht die Produktionskosten. Sollte sich die Stahlindustrie komplett elektrifizieren und von fossilen Energieträgern frei machen, würde ihr elektrischer Energiebedarf im Jahr 2050 alleine in Deutschland um 130 TWh ansteigen, schätzt die Wirtschaftsvereinigung Stahl. Das entspricht in etwa dem derzeitigen Strombedarf aller deutschen Haushalte pro Jahr.

Warten auf die Politik

Die Industrie fordert daher, das Abgabensystem für Strompreise zu reformieren und zum Beispiel die EEG-Umlage und Netzentgelte abzuschaffen. Auch das europäische Emissionshandelssystem sieht man kritisch: Durch die Stilllegung eines Hochofens würde die Salzgitter AG weniger CO2-Zertifikate zugeteilt bekommen und letztendlich gar keine Ersparnis auf dem Zertifikatemarkt haben. „Das heißt, das Emissionssystem in Europa stützt gar nicht die Transformation hin zu CO2-armen Technologien“, so Redenius. „Außerdem reden wir davon, Anlagen zu ersetzen, die wir noch Jahrzehnte lang betreiben könnten“. Daher brauche die Branche Investitionshilfen vom Staat. Für den Bau einer ersten Anlage möchte das Unternehmen daher Gelder aus dem Innovationsfonds der Kommission beantragen, der zwischen 2020 und 2030 rund zehn Milliarden Euro für CO2-reduzierende Technologien ausgeben soll, finanziert durch den Verkauf von 450 Millionen ETS-Zertifikaten.

100 Milliarden Dollar für Öl, Gas und Kohle – jedes Jahr

Jedes Jahr werden von den G7-Staaten mindestens 100 Milliarden US-Dollar für die Förderung und den Verbrauch von Öl, Gas und Kohle ausgegeben. Dabei soll die Subventionierung fossiler Brennstoffe bis 2025 enden.

Aber mit dem Bau einer neuen Anlage ist es nicht getan, solange sich die Kosten für Wasserstoff und grünen Strom schwer kalkulieren lassen. Dafür, meint Alexander Redenius, brauche es einen politischen Planungsrahmen. Der ist gerade dabei zu entstehen. Auf EU-Ebene durch die Überarbeitung der Regeln für den Energiebinnenmarkt, die erstmals Regelungen für den Handel mit Wasserstoff einführen könnten. Und auf nationaler Eben durch eine deutsche Wasserstoff-Strategie, die derzeit von mehreren Ministerien erarbeitet wird und bis Jahresende vorliegen soll. „Wir wollen bei Wasserstofftechnologien die Nummer Eins in der Welt werden“, so im Sommer die große Ankündigung von Wirtschaftsminister Peter Altmaier.

In der Industrie signalisiert man Bereitschaft. Man müsse jetzt handeln, sagt Redenius. „Die Technologie ist längst verfügbar, wir brauchen nicht noch zehn Jahre lang forschen. Wir könnten die erste Ausbaustufe von SALCOS hier in fünf Jahren realisiert haben.“

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