GeMEinsam stark für mehr Klimaschutz

Konzerne und Universitäten entwickeln eine klimaneutrale Stahlproduktion

Wenn Forschungsinstitute, Hochschulen und die Forschungsabteilungen von M+E-Unternehmen kooperieren, entstehen bahnbrechende Ideen. Das zeigt das Projekt Carbon2Chem. Das Konsortium hat herausgefunden, wie Stahl CO2-neutral hergestellt werden kann. Damit bleibt die Atmosphäre trotz der Verbrennung von fossilen Brennstoffen geschützt. Der Staat kann solche Erfolge im Herz der Wirtschaft mit Investitionen in eine exzellente Forschungslandschaft fördern.

In den Hochöfen von thyssenkrupp in Duisburg werden jährlich 10 bis 13 Millionen Tonnen Stahl produziert. Das ist der größte Stahlstandort in Deutschland. Und er soll in absehbarer Zeit klimaneutral werden. Das ganze CO2, das die Produktion ausstößt, soll aufbereitet und verwertet werden. Dünger, Kunst- und Kraftstoffe, die heute weitgehend aus Erdöl, Erdgas und Kohle gemacht werden, können daraus entstehen. Ein Konsortium aus Industrie und Wissenschaft erforscht im Projekt Carbon2Chem, wie Millionen Tonnen CO2 aus der Stahlproduktion in Nützliches verwandelt werden können.

thyssenkrupp leitet den Zusammenschluss, zu dem sieben Chemiekonzerne sowie Siemens, VW, mehrere Hochschulen und Forschungsinstitute gehören. Der Essener Anlagenbauer und Stahlproduzent hat neben seinem Werk in Duisburg eine Pilotanlage gebaut. In diesem Technikum läuft der weltweit erste Praxistest. Die Hüttengase werden gereinigt und vorbereitet, um daraus im Realbetrieb Methanol und Ammoniak herzustellen. Methanol dient als Brennstoff und als Vorläufer für viele Endprodukte und lässt sich zudem leicht transportieren. Ammoniak ist ein wichtiger Dünger-Basisstoff. Partner testen vor Ort in verschiedenen Labors, was sie sonst noch aus den Bestandteilen der Hüttengase Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid sowie Methan herstellen können. Etwa andere Alkohole oder Polymere.

Das Herz der Wirtschaft treibt Klimaschutz voran

Das Ziel: ein Kreislauf, wie es ihn bei anderen Materialien längst gibt. „Stahl recyceln wir zu 90 Prozent“, sagt der Technologiechef von thyssenkrupp, Reinhold Achatz. Das CO2 zu verwerten, sei weit besser, als es nur aufzufangen und zu lagern. Denn ganz vermeiden ließe sich das Treibhausgas nicht. Heutige Anlagen seien kaum mehr zu optimieren. Auch braucht die Stahlproduktion noch die Kohle: Aus Steinkohle wird unter Luftabschluss und Hitze Koks. Das harte poröse Material ist notwendig, damit im Hochofen das Eisenerz bei rund 1500 Grad schmilzt. Dabei läuft eine chemische Reaktion ab, die Eisen und Kohlendioxid freisetzt. 7 Prozent der weltweiten Emissionen stammen aus Kokereien und Hochöfen.

„Die Aufbereitung und Verwertung der Hüttengase verbraucht enorme Mengen an Strom: Damit das Ganze ökologisch Sinn macht, muss er aus erneuerbaren Quellen stammen. Das Angebot an Sonnen- und Wind-Strom variiert nach Wetterlage, die Stahlproduktion lässt sich jedoch nicht flexibel hoch- und runterfahren“, schildert Projektkoordinator Markus Oles das Problem.

Auch die Chemieproduktion kann nur begrenzt schwanken. Zumindest ist das bislang so: Die Partner arbeiten an neuen Katalysatoren, die Schwankungen besser abfangen können. Die Chemieproduktion startet dann, wenn große Mengen Energie zu günstigen Preisen verfügbar sind. Als Puffer dient zudem eine Wasser-Elektrolyse, die thyssenkrupp ebenfalls am Standort errichtete. Gibt es einen Überschuss an Ökostrom im Netz, spaltet sie Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Letzterer ist zum Beispiel für die Methanol- wie auch für die Ammoniaksynthese nötig. Künftig kann der „grüne Wasserstoff“ aber auch die Kohle im Hochofen ersetzen: Der Stahlhersteller will ab Herbst damit in Duisburg experimentieren.

Andere Branchen profitieren von M+E-Innovationen

Rund 100 Millionen Euro investieren die Partner bis 2025 in die Entwicklung des Verbunds aus Elektrolyse, Chemieproduktion und Stahlwerk. Das Bundesforschungsministerium fördert das Vorhaben mit 62 Millionen Euro. Am Ende soll das Ganze aber auch ohne Zuwendungen funktionieren. Im Vergleich zum Abtrennen und Speichern von CO2, das zurzeit zur Klimarettung diskutiert wird, liegen die Vorteile von Carbon2Chem auf der Hand: Das Verfahren braucht keine Lagerstätten und spart fossile Rohstoffe. Mit diesem Ansatz können bis zu 20 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr aus dem Ausstoß der deutschen Stahlbranche wirtschaftlich nutzbar gemacht werden. Das entspricht einem Zehntel der jährlichen CO2-Emissionen der hiesigen Industrie insgesamt.

Ab 2030, so die Vision, könnte das Treibhaus-Gas im großen Maßstab verwertet und Carbon2Chem auf andere Stahlwerke übertragen werden. Rund 50 weltweit kämen dafür in Frage, weil ihre Hüttengase eine ganz ähnliche Zusammensetzung haben. Das zugrunde liegende Konzept könne aber auch für andere CO2-Quellen, etwa Kraftwerke und Zementfabriken, verwendet werden. Die Chemieindustrie hat ihrerseits bereits einige Ideen, was sie Nützliches aus dem Klimakiller herstellen könnte. So macht Covestro Materialien für Matratzen, Folien oder Kabelummantelungen teils aus CO2. BASF arbeitet an der Diesel-Alternative OME, die fast ohne Ruß und Stickstoffoxide verbrennt.

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Foto: thyssenkrupp