IJmuiden und warum ein Portfolio von Lösungen für die europäische Stahlindustrie immer noch notwendig ist
Im vergangenen Monat geriet die Entwicklung von CO2-abscheidung und die Lagerung für den Stahlsektor ins Stocken, als Tata Steel ankündigte, die Pläne für den Einsatz der Technologie in seinem Werk in IJmuiden in den Niederlanden aufzugeben.
Im Rahmen des inzwischen eingestellten "Everest-Projekts" hatte Tata geplant, bis zum Jahr 2027 jährlich 3 Millionen Tonnen Kohlendioxid aus IJmuiden abzuscheiden und dauerhaft in erschöpften Gasreservoirs vor der niederländischen Küste zu speichern. Stattdessen hat sich das Unternehmen dafür entschieden, einen der beiden bestehenden Hochöfen des Werks durch eine alternative, kohlenstoffarme Technologie auf der Basis von sauberem Wasserstoff zu ersetzen. Dadurch sollen die mit diesem Teil des Werks verbundenen Kohlendioxidemissionen von rund 5 Millionen Tonnen pro Jahr vermieden werden. Auf diese Weise will Tata Steel IJmuiden sein Ziel einer 40-prozentigen Dekarbonisierung bis 2030 erreichen, um im Jahr 2050 kohlenstoffneutral zu sein. Als größter Kohlendioxid-Emittent des Landes ist die Zukunft des Werks von großer Bedeutung für die Klimaziele der Niederlande.
Aber was bedeutet das für die Dekarbonisierung der weltweiten Stahlproduktion, die für über 5 % der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich ist?
Die Entscheidung von Tata unterstreicht die beiden kohlenstoffarmen Technologien, die dem Eisen- und Stahlsektor zur Verfügung stehen und die beide bisher am Standort IJmuiden aktiv verfolgt wurden. Derzeit kann Eisen auf zwei Wegen aus Eisenerz gewonnen werden: in einem Hochofen, der hauptsächlich mit Kohle befeuert wird, oder durch das Verfahren des direkt reduzierten Eisens (DRI), bei dem in der Regel Erdgas oder Wasserstoff verwendet wird. Nach der Erzeugung von Roheisen wird dieses zu Stahl verarbeitet. Während Hochofeneisen in der Regel in einem Sauerstoffofen (wie in IJmuiden) in Stahl umgewandelt wird, wird direktreduziertes Eisen in der Regel mit einem Elektrolichtbogenofen (EAF) kombiniert, der auch zur Herstellung von neuem Stahl aus Schrott verwendet wird. Die DRI-EAF-Technologie bietet daher einen klaren Weg zu kohlenstoffarmem Stahl, indem der DRI-Prozess mit sauber erzeugtem Wasserstoff betrieben wird und der Strom für den EAF aus sauberer Energie stammt.
Der Schlüssel zu diesem Ansatz ist die Verfügbarkeit von kohlenstoffarmem Wasserstoff, der entweder durch Abscheidung und Speicherung des bei der konventionellen Herstellung aus Erdgas freigesetzten Kohlendioxids oder durch die Verwendung von sauberem, kohlenstoffarmem Strom für die Elektrolyse von Wasser gewonnen werden kann. Wichtig ist, dass bei der Erdgasgewinnung auch die Emission von Methan - einem weiteren starken Treibhausgas - vermieden werden muss. Die Möglichkeit eines Verfahrens, das vollständig auf erneuerbaren Energien basiert, wird von vielen politischen Entscheidungsträgern und Umweltgruppen in der EU unterstützt und ist auch die Vision des schwedischen Stahlherstellers SSAB. Anfang dieses Jahres hat SSAB erfolgreich eine Stahlproduktion in kleinem Maßstab unter Verwendung von Wasserstoff aus der Elektrolyse erprobt und plant, das Verfahren zu erweitern.
Trotz der Attraktivität der mit Wasserstoff betriebenen DRI-Lösung dürfte CO2-abscheidung und die Speicherung eine wichtige Rolle spielen, wenn die weltweite Eisen- und Stahlproduktion so schnell wie möglich dekarbonisiert werden soll. Diese Technologie kann zur Abscheidung von Kohlendioxid aus Hochöfen und verschiedenen anderen Kohlendioxidquellen im Zusammenhang mit Stahlwerken, einschließlich konventioneller DRI-Anlagen auf Erdgasbasis, eingesetzt werden. Während die teilweise Abscheidung von Kohlendioxid aus einem DRI-Prozess im Stahlwerk Al Reyadah in Abu Dhabi seit 2016 erfolgreich betrieben wird, muss die Technologie für Hochofenemissionen noch in großem Maßstab demonstriert werden.
Im jüngsten Fahrplan der IEA zur Erreichung eines weltweiten Netto-Null-Zustands bis zum Jahr 2050 entfällt mehr als die Hälfte der gesamten Stahlproduktion auf die Route CO2-abscheidung , wodurch 670 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr gebunden werden(IEA, 2021). Dieser bedeutende Beitrag deutet auf die enorme Herausforderung hin, den Sektor innerhalb eines so kurzen Zeitraums zu dekarbonisieren. Mehr als 70 % der weltweiten Stahlproduktion wird in Hochöfen erzeugt, und obwohl ein Großteil dieser Vorherrschaft auf China zurückzuführen ist, machen sie auch 60 % der EU-Produktion aus. Die Stilllegung all dieser Kapazitäten und ihre Ersetzung durch Wasserstoff-DRI in den nächsten 30 Jahren wäre ein enormes Unterfangen, insbesondere angesichts der massiven Nachfrage nach sauberem Wasserstoff und erneuerbarem Strom, die in einer Netto-Null-Welt in allen Sektoren bestehen wird.
Um dies zu veranschaulichen, wird geschätzt, dass für den Ersatz der gesamten Stahlproduktion von IJmuiden (etwa 7 Millionen Tonnen pro Jahr) durch erneuerbare Elektrizität allein für die Produktion von Wasserstoff 6 GW Windkraft erforderlich wären - was fast der vorhandenen Windkraftkapazität der Niederlande entspricht. Und obwohl die Kosten für Elektrolyseure im Laufe der Zeit sinken dürften, wird derzeit davon ausgegangen, dass CO2-abscheidung und die Speicherung eine Tonne kohlenstoffarmen Stahls zu deutlich geringeren Kosten liefern als die Elektrolyse(IEA, 2020).
Tata hat zwar nicht ausdrücklich erklärt, woher der gesamte Wasserstoff für die neue Anlage kommen soll, aber das Unternehmen hat bereits Pläne für die Installation einer 100-MW-Elektrolyseanlage - größer als die größten heute betriebenen Anlagen. Dennoch würde diese Anlage weniger als ein Zehntel des Wasserstoffs produzieren, der benötigt wird, um die Leistung des ersetzten Hochofens zu erreichen. Andere Pläne zur Entwicklung einer kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktion von bis zu 100.000 Tonnen pro Jahr auf der Grundlage des alternativen Konzepts von CO2-abscheidung scheinen jetzt unwahrscheinlich zu sein. Eine dritte Möglichkeit wäre der Import von kohlenstoffarmem Wasserstoff aus Regionen mit reichlich erneuerbaren Energien, wie z. B. Island, doch die dafür erforderlichen Mengen sind gewaltig. Angesichts dieser Herausforderungen und der typischen Größe von DRI-EAF-Anlagen könnte die Umstellung in IJmuiden mit einem Rückgang der Stahlproduktion verbunden sein.
Bei den Überlegungen, ob CO2-abscheidung in IJmuiden eingesetzt werden soll oder ob Wasserstoff aus erneuerbaren Energien verwendet werden soll, dürfen die mit der Verzögerung verbundenen Kompromisse und andere potenzielle Anforderungen an erneuerbare Energien und Wasserstoff nicht außer Acht gelassen werden, z. B. die Dekarbonisierung des niederländischen Stromnetzes und die Betankung des Schwerlastverkehrs und der Schifffahrt. Außerdem gibt es seit langem Bedenken der Anwohner wegen der schlechten Luftqualität und anderer Umweltauswirkungen der Anlage, die unabhängig von der Zukunft des Standorts sorgfältig geprüft werden müssen. Es gibt hier keine einfachen Antworten, aber Zeit, Kosten und Planungssicherheit müssen in die Bewertung einfließen.
Trotz der Entscheidung von Tata Steel im Werk IJmuiden sieht das Unternehmen CO2-abscheidung und Speicherung eindeutig als eine wichtige Klimalösung an, da es vor kurzem eine kleine CO2-abscheidung Testanlage an einem der Hochöfen des Unternehmens in Indien in Betrieb genommen hat, wo der Großteil der Produktion von Tata stattfindet. Im Vereinigten Königreich gehört das Stahlwerk in Port Talbot weiterhin zum South Wales Industrial Cluster, dessen Pläne zur Dekarbonisierung sich stark auf CO2-abscheidung stützen. Selbst in IJmuiden deuten Aussagen von Tata-Ingenieuren darauf hin, dass das Unternehmen diesen Weg noch nicht ganz aufgegeben hat; die aktuellen Pläne lassen die Emissionen des zweiten Hochofens in IJmuiden nach 2030 völlig unberücksichtigt, so dass eine Frage offen bleibt, die CO2-abscheidung möglicherweise noch klären muss.
Diese Bemühungen um eine Verringerung der Kohlendioxidemissionen finden vor dem Hintergrund der schwierigen wirtschaftlichen Lage der Stahlwerke in Europa statt, die mit den kostengünstigeren Importen konkurrieren müssen, und sowohl der walisische als auch der niederländische Standort stehen vor einer ungewissen Zukunft. Nachdem Tata ursprünglich damit gedroht hatte, das angeschlagene Port Talbot zu verkaufen, stand das Unternehmen Anfang des Jahres kurz davor, IJmuiden an SSAB zu veräußern, doch das Geschäft scheiterte. Die Präsenz des Werks im "Schaufenster" könnte daher einen gewissen Einfluss auf die Strategie haben, die Tata für seine Dekarbonisierung vorgelegt hat. Es ist nicht nur für das Klima, sondern auch für die Tausenden von Beschäftigten und die lokale Wirtschaft von größter Bedeutung, dass diese Industrien den Übergang der EU zu einer kohlenstofffreien Produktion erfolgreich meistern und überleben. Würde man zulassen, dass diese Produktion durch kohlenstoffintensive Importe aus Regionen mit weniger anspruchsvollen Klimazielen ersetzt wird, wäre das ein Misserfolg an beiden Fronten.
Wenn die Gesellschaft die Emissionen der Stahlindustrie innerhalb der nächsten drei Jahrzehnte in den Griff bekommen will, müssen sowohl die CO2-abscheidung und die Speicherung als auch die wasserstoffbasierten Konzepte für eine breite Anwendung entwickelt werden. Wenn man sich nur auf eine dieser im Entstehen begriffenen Lösungen für den Stahlsektor verlässt, besteht ein Klimarisiko: das Risiko eines langsameren Übergangs, wenn die Technologie nicht ausreichend angenommen wird oder die Ressourcen für erneuerbare Energien zu stark beansprucht werden. Europas emittierende Industrien werden letztendlich von einer Reihe sauberer Technologien abhängen, aber angesichts der Tatsache, dass mehr als die Hälfte des weltweiten Stahls in China hergestellt wird - meist in einer Flotte relativ neuer, kohlebasierter Hochöfen - könnte sich die Entwicklung von CO2-abscheidung für diese Quellen als entscheidend für das Klima erweisen. Und obwohl viele bestehende Technologien direkt für die Erfassung von Hochofenemissionen geeignet sein sollten, wird es immer dringlicher, diese Anwendung in großem Maßstab zu demonstrieren, wenn die Technologie bereit sein soll, zu den dringenden kurzfristigen Klimazielen beizutragen. Als führendes Projekt in einem Land mit einem guten politischen Rahmen zur Unterstützung des Einsatzes von CO2-abscheidung in der Industrie stellt der Verlust des Projekts Everest daher einen erheblichen Rückschlag und eine verpasste Chance für eine technologische Führungsrolle dar.
Eine weitsichtige Klimapolitik kann und sollte dazu beitragen, ein solides Portfolio von Lösungen für die europäische Stahlindustrie und darüber hinaus zu fördern.
