Ist Wasserstoff die Antwort auf die CO2-Probleme der Stahlindustrie?

Die Stahlindustrie ist einer der größten CO2-Emittenten weltweit – sie trägt mit rund 8 % der globalen CO2-Emissionen bei. Ein besonders problematischer Bereich ist die thermische Bearbeitung von Stahl, die weltweit jährlich bis zu 39 Milliarden Tonnen CO2 durch den Einsatz von Erdgas erzeugt. Kann Wasserstoff die Lösung für diese emissionsbelastete Branche sein?

Im Rahmen des HYDREAMS-Projekts verfolgt die Swiss Steel Group einen entscheidenden Schritt in diese Richtung. Das von der Europäischen Union seit April 2023 geförderte Projekt untersucht, wie Stahlproduktion durch den Ersatz von Erdgas mit sauberem Wasserstoff klimafreundlicher gestaltet werden kann. Dabei werden zwei verschiedene Ofentypen (Heiz- und Glühöfen) und zwei verschiedene Brennerarten (Impuls- und Flammensysteme) auf ihre Effizienz mit Wasserstoff getestet.

Das HYDREAMS-Projekt ist der erste umfassende Versuch, die Auswirkungen der Wasserstoffverbrennung auf verschiedene Stahlqualitäten zu untersuchen. Denn es gibt bislang keine umfassenden Studien, die die physikalischen Veränderungen und möglichen Abweichungen der Stahl-Eigenschaften bei Verwendung von Wasserstoff statt Erdgas belegen – etwa durch Unterschiede in der Flammengeschwindigkeit, Strahlungsintensität oder der Zusammensetzung der Abgase.

„Der Ersatz von Erdgas durch Wasserstoff in der thermischen Bearbeitung ist noch nicht ausgereift und birgt potenzielle Risiken – unter anderem eine Erhöhung der NOx-Emissionen und mögliche negative Auswirkungen auf die Stahlqualität sowie die Lebensdauer der Feuerfestmaterialien in den Öfen“, erklärt Laurent Sieye, Sustainability Manager Ugitech, Swiss Steel Group. „Genau diese potenziellen Herausforderungen gilt es im HYDREAMS-Projekt zu erforschen und Lösungen zu finden.“ Das Projekt verläuft in mehreren Phasen – von Laborversuchen in Pilotöfen über CFD-Simulationen und Ofenmodellierungen bis hin zu industriellen Demonstrationstests. Bereits in der ersten Phase wurden Tests an 13 verschiedenen Stahlgüten durchgeführt, bei denen keine strukturellen Unterschiede oder Veränderungen der Zusammensetzung der Stahlprobenfestgestellt wurden.

In den nächsten Jahren wird das HYDREAMS-Projekt eine Reihe von industriellen Versuchen durchführen. Drei Demonstratoren für unterschiedliche Heizprozesse und Produktarten (Blooms, Schmiedebarren und Coils) sind bereits geplant.

Der Betrieb des ersten Demonstrators (DEMO 3) begann im März 2025, und erste Tests mit Blooms sind noch in diesem Sommer vorgesehen. DEMO 1 und DEMO 2 werden im Jahr 2026 starten.
Das Projekt steht im Einklang mit den EU-Zielen zur Minderung des Klimawandels und zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie. Diese Lösung könnte eine attraktive Alternative zu elektrischer Beheizung darstellen, die für bestimmte Anwendungen technische Probleme mit sich bringt, wie etwa übermäßigen Verschleiß von elektrischen Widerständen bei zu hohen Temperaturen oder mangelnde Temperaturhomogenität im Ofen. Neben den technischen Erkenntnissen wird das Projekt auch Sicherheitsbewertungen, Lebenszyklusanalyse (LCA) und Kostenanalysen liefern, die für eine künftige Markteinführung von entscheidender Bedeutung sind.

Bildtext 1: Landkarte: Die Länder, der an dem Projekt beteiligten Partner, sind in gelber Farbe dargestellt.
Bildtext 2: Datenspinne: Untersuchte technische, rostfreie und Werkzeugstähle und chemische Zusammensetzungen der Legierungen, die das breite Spektrum der untersuchten Sorten zeigen.
Bildtext 3: Pilotofen: Messer Versuchsofen und Brenner am Institut für Wärmetechnik der Technischen Universität Graz
Bildtext 4: Selbsterklärend

Quelle und Fotos / Grafiken: Swiss Steel Holding AG