Warum die europäische Windindustrie dekarbonisierten Stahl braucht
Das künftige Energiesystem Europas wird voraussichtlich aus einer Kombination von erneuerbaren Energien, Kernenergie und auslaufenden fossilen Brennstoffen bestehen. Es ist wahrscheinlich, dass erneuerbare Energien einen erheblichen Anteil an diesem Mix haben werden, wobei insbesondere die Windenergie in den kommenden Jahrzehnten einen raschen Ausbau erfahren wird. Einige Studien gehen davon aus, dass die Windenergie allein bis 2050 50 % des Energiebedarfs in der EU decken wird.
Wie auch immer man es betrachtet, in den kommenden Jahrzehnten ist mit einem Bauboom im Bereich der Energieinfrastruktur zu rechnen. Windturbinen werden überwiegend aus Stahl hergestellt, einer der europäischen Hochenergieindustrien, die vor großen Herausforderungen bei der Dekarbonisierung stehen.
Weltweit wird der Großteil des frischen (im Gegensatz zum recycelten) Stahls derzeit in mit fossilen Brennstoffen betriebenen Hochöfen hergestellt, die auf Kokskohle oder fossiles Gas angewiesen sind, um die hohen Temperaturen und chemischen Reaktionen zu erreichen, die zum Schmelzen von Eisenerz erforderlich sind. Derzeit gibt es keine erfolgreichen alternativen Methoden für die großtechnische Herstellung von Frischstahl ohne fossile Brennstoffe, obwohl mit mehreren alternativen Methoden experimentiert wird, darunter mit Wasserstoff betriebene Öfen und durch Elektrolyse erzeugter Stahl. Solange diese alternativen Methoden nicht den Umfang und die niedrigen Kosten erreichen, die erforderlich sind, um die europäischen Stahlhersteller wettbewerbsfähig zu halten, werden wir aufgrund der steigenden Stahlnachfrage mit extrem hohen Emissionen rechnen müssen.
Die europäische Stahlindustrie braucht einen angemessenen politischen Rahmen, um sicherzustellen, dass sie den Übergang zu einem klimaneutralen Betrieb vollziehen und gleichzeitig ihre Wettbewerbsfähigkeit erhalten kann. Dazu gehört auch Windstrom in einer dekarbonisierten Wertschöpfungskette.
Windenergie, seit langem eine europäische Angelegenheit
Die riesigen modernen Windturbinen hätten bei Don Quijote Stupor hervorgerufen. Er hätte ihre sich drehenden Flügel nicht angreifen können, wie er es in Miguel de Cervantes' klassischem Roman aus dem XVII. Jahrhundert im Wahn tat, weil seine bescheidene Lanze die sich drehenden Flügel dieser modernen Giganten nicht hätte erreichen können.
Europa nutzt die Windkraft schon seit dem Mittelalter. Restaurierte Windmühlen in bukolischen niederländischen Landschaften erinnern uns an eine Zeit, in der die Windkraft genutzt wurde, um Wasser aus den Niederungen abzuleiten und Überschwemmungen zu verhindern. Windmühlen wurden auch für viele andere Tätigkeiten genutzt, z. B. zum Mahlen von Getreide, zum Sägen von Holz und zum Pressen von Samen zur Ölgewinnung. In Kastilien de la Mancha, Spanien, können einige der Windmühlen, die Cervantes inspirierten, von Touristen auf den Spuren von Don Quijote besucht werden. In der heutigen digitalisierten Gesellschaft verlassen wir uns auf eine modernisierte Version dieser vertrauten Technologie, um den Übergang zu einem neuen Energiesystem zu schaffen. Es ist uns zwar gelungen, die Windkraft zur Erzeugung von erneuerbarem Strom zu nutzen, aber der Stahl, den wir zum Bau dieser modernen Windturbinen verwenden, wird nicht in dekarbonisierten Wertschöpfungsketten hergestellt.
Stahl ist das Herzstück der Windturbinenproduktion
Der Bau von Windkraftanlagen erfordert beträchtliche Energiemengen, unter anderem weil sie zu mindestens 70 % aus Stahl bestehen. Energieintensive Industrien, einschließlich Eisen und Stahl, waren 2015 für 15 % der gesamten Treibhausgasemissionen der EU verantwortlich. Diese Industrien sind für den Übergang zur Klimaneutralität von entscheidender Bedeutung. Sie produzieren die Bausteine für die Umstellung der Gesellschaft auf umweltfreundlichere Energiesysteme und sind eine wichtige Quelle für Arbeitsplätze in Europa.
Heute werden Windturbinen mit den Hinterlassenschaften der Energiesysteme der zweiten industriellen Revolution und den damit verbundenen Treibhausgasemissionen hergestellt. Trotz jahrzehntelanger Effizienzsteigerungen ist die Stahlindustrie noch weit davon entfernt, klimaneutral zu sein. Zur Veranschaulichung: Im Jahr 2020 beliefen sich die Emissionen auf 1,85 Tonnen CO2 pro Tonne produzierten Stahls. Die Europäische Union ist mit einer Jahresproduktion von rund 150 Millionen Tonnen der zweitgrößte Stahlproduzent der Welt , der 2,6 Millionen direkte und indirekte Arbeitsplätze in der Union bereitstellt. Deutschland, Italien, Frankreich und Spanien sind die größten europäischen Stahlproduzenten, auf die mehr als 50 % der gesamten EU-Produktion entfallen. Die europäische Stahlindustrie stößt jährlich 221 Mio. Tonnen Treibhausgasemissionen aus, was etwa 6 % der gesamten Treibhausgasemissionen der EU entspricht.
Remscheid, eine Stadt, in der Teile für Windkraftanlagen hergestellt werden
Remscheid ist eine Stadt im deutschen Industriegebiet von Nordrhein-Westfalen. Eine Stadt mit einem soliden industriellen Erbe und einer langen Geschichte des Werkzeug- und Maschinenbaus. Ein Beispiel dafür ist Dirostahl, ein in Remscheid ansässiges Familienunternehmen mit einer mehr als 400-jährigen Schmiedetradition. Das Unternehmen beschäftigt rund 500 Mitarbeiter und stellt jährlich zwischen 50.000 und 70.000 Tonnen Stahlprodukte her. Heute sind 50 % des Produktportfolios für die Branche der erneuerbaren Energieerzeugung bestimmt, da das Unternehmen Zahn- und Lagerräder herstellt, die für den Bau von Windkraftanlagen unerlässlich sind. Dirostahl ist ein Beispiel für ein Unternehmen, in dem Know-how und Produkte perfekt mit der Vision des europäischen Green Deal zusammenpassen. Stahlschmiedeunternehmen wie Dirostahl stellen zwar einige Komponenten her, die für den Aufbau des künftigen Energiesystems erforderlich sind, doch ist es für sie unter den derzeitigen politischen, marktwirtschaftlichen und finanziellen Rahmenbedingungen alles andere als einfach, auf ein emissionsarmes Betriebsmodell umzustellen.
Energieintensive Industrien sind schwer zu dekarbonisieren, da ihr Energiebedarf nicht allein durch Elektrifizierung gedeckt werden kann. Ein Stahlschmiedeunternehmen wie Dirostahl heizt seine Öfen mit fossilem Gas auf 1200 Grad Celsius auf. Das Unternehmen schmiedet große Stahlteile (wir sprechen hier von riesigen Windturbinen), die aufgrund ihrer Abmessungen und des Energiebedarfs für den Prozess nicht in Elektroöfen hergestellt werden können.
Um diese massiven Teile von Windkraftanlagen zu schmieden, ist eine zuverlässige, sichere und erschwingliche Energieversorgung erforderlich. Heute erfüllt fossiles Gas alle diese Voraussetzungen. Können Unternehmen wie Dirostahl auch andere Dekarbonisierungstechnologien wie CO2-abscheidung einsetzen, um die Emissionen zu verringern, oder Wasserstoff als kohlenstofffreien Brennstoff anstelle von Erdgas? Die Antwort lautet: Ja. Sie müssen Dekarbonisierungstechnologien einsetzen, sonst wird ihr Betrieb in einem klimaneutralen Europa nicht lebensfähig sein. Die Herausforderung besteht darin, ein geeignetes Ökosystem zu schaffen, in dem energieintensive Industrien auf einen emissionsarmen Betrieb umstellen können, ohne ihre Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Herstellern aus Nicht-EU-Ländern zu verlieren, die nicht an ehrgeizige Dekarbonisierungsziele gebunden sind.
Von der Theorie zur Praxis
Lassen Sie uns einen Schritt zurückgehen. Unternehmen wie Dirostahl haben es geschafft, ihre Betriebe zu modernisieren und die Energiesysteme zu verbessern, um die Emissionen und die Umweltverschmutzung im Laufe der Zeit zu verringern. Im Fall von Dirostahl waren die Vorfahren des jetzigen Eigentümers seit dem XVI Jahrhundert fast alle Schmiede. Das ist ein Jahrhundert, bevor Don Quijote und sein Pferd in der Erde landeten, nachdem er einen Stoß in das Segel einer in Betrieb befindlichen Windmühle gegeben hatte.
Ein Unternehmen mit 400-jähriger Schmiede-Familientradition sollte belastbar genug sein, um den Übergang zu einem emissionsarmen Energiesystem zu schaffen. Immerhin ist es Mitte des letzten Jahrhunderts von Kohle auf Schweröl umgestiegen. In den 1970er Jahren wurde von Schweröl auf Erdgas umgestellt. Sie verwenden heute modernste Stahlschmiedetechnologie und haben Effizienzmaßnahmen zur Senkung des Energieverbrauchs ergriffen. Der nächste Schritt, die Einführung von CO2-freie kraftstoffe oder CO2-abscheidung und der Speichertechnologie, ist umwälzender und teurer.
Dirostahl verbraucht etwa 200 GWh Erdgas pro Jahr. Würde das Unternehmen erneuerbaren Wasserstoff zur Deckung seines Energiebedarfs einsetzen, wären 20 Tonnen Wasserstoff pro Tag oder das Äquivalent von 30 MW installierter Elektrolyseurleistung erforderlich. Die Installation von Elektrolyseuren vor Ort ist mit großen Herausforderungen verbunden. Dazu gehören der Betrieb der Elektrolyseure, die zusätzlich benötigte Stellfläche und schließlich das Stromübertragungssystem, das erforderlich ist, um die erneuerbare Energie zum Standort zu bringen. Ganz zu schweigen von den damit verbundenen höheren Produktionskosten, die auf dem derzeitigen Weltmarkt unerschwinglich sind.
Derzeit gibt es keine Pipelines, die die Region mit Wasserstoff versorgen, was es schwierig macht, in absehbarer Zukunft Wasserstoff von Dritten zu kaufen. Es gibt keine Pipelines für den Transport von CO2 zu einem geeigneten geologischen Speicherort, falls CO2-abscheidung und Speicherung als bevorzugte Dekarbonisierungstechnologie in der Region Nordrhein-Westfalen gewählt wird. Eine aktuelle Studie des Wuppertal-Instituts für Klima, Umwelt und Energie kommt jedoch zu dem Ergebnis, dass eine CO2-Pipeline-Infrastruktur für den Transport zu Speicherstätten im Ausland einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung des gesamten Industriesektors in der Region leisten könnte. Tatsächlich könnten 30 der 50 identifizierten punktuellen CO2-Quellen in Nordrhein-Westfalen für CO2-abscheidung und die Speicherung angeschlossen werden, was 97 % der Emissionen des Sektors mindern würde. Die Entwicklung der erforderlichen Wasserstoff- und CO2-Pipelines ist eine der Hauptprioritäten der nordrhein-westfälischen Regierung, die ihre eigene Kohlenstoffmanagementstrategie als entscheidenden ersten Schritt zur Dekarbonisierung des Industriesektors in der Region entwickelt hat.
Worauf kommt es an, um die Dekarbonisierung der Stahlindustrie zu beschleunigen?
Die Infrastruktur ist einer der Schlüsselaspekte, die für den Übergang energieintensiver Industrien zu emissionsarmen Systemen erforderlich sind. CO2-freie kraftstoffe wie Wasserstoff müssen von den Produzenten oder Importterminals zu den Endverbrauchern transportiert werden. Mit dem Vorschlag für das Gaspaket, der im Dezember 2021 veröffentlicht wurde, versucht die Europäische Kommission, den rechtlichen Rahmen für ein dekarbonisiertes Gassystem zu schaffen. Die notwendige Infrastruktur für den Transport der abgeschiedenen Kohlendioxidmoleküle von Industrieanlagen zu geeigneten geologischen Speicherstätten sollte durch die TEN-E- und TEN-T-Verordnungen unterstützt werden.
Die Kommerzialisierung von Technologien wie Wasserstoffbrennern mit der für energieintensive Industrien erforderlichen Kapazität ist ebenfalls erforderlich. Andernfalls gibt es für diese Industrien keinen positiven Business Case für die Umstellung auf CO2-freie kraftstoffe. Auf einer kürzlich von Future Cleantech Architects organisierten Veranstaltung zur Dekarbonisierung der Industrie wies Dr. Roman Diederich, Geschäftsführer von Dirostahl direktor, darauf hin, dass die Umstellung von Erdgas auf erneuerbaren Wasserstoff zu einem Anstieg von etwa 700 bis 800 EUR pro Tonne Stahl führen würde, was ihre Produkte auf einem globalisierten Markt nicht wettbewerbsfähig machen würde.
Die Dekarbonisierung der Stahlindustrie ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die gesamte Wertschöpfungskette der Windenergie kohlenstoffarm ist. Die Unterstützung der Mitgliedstaaten für die Entwicklung der Wasserstoffinfrastruktur wird in den kommenden Jahren von entscheidender Bedeutung sein. Dies gilt auch für die CO2-Transportinfrastruktur. Politische Maßnahmen wie CO2-Differenzverträge (z. B. SDE++ in den Niederlanden) werden entscheidend sein, um die Kommerzialisierungslücke bei dekarbonisierten Technologien zu schließen und Dekarbonisierungsprojekte zu realisieren.
Erfreulich ist, dass im neuen deutschen Koalitionsvertrag die Notwendigkeit eines unterstützenden Rahmens für den Übergang zu einer klimaneutralen Industrie, die Schaffung von Leitmärkten und die Notwendigkeit wettbewerbsfähiger Strompreise für die Industrie anerkannt wird.
Ein weiteres Puzzlestück der Dekarbonisierung wird vorhanden sein, wenn die riesigen Windturbinen, die einen Teil des erneuerbaren Stroms in Europa erzeugen, aus kohlenstoffarmem oder erneuerbarem Stahl hergestellt werden. Europas langjährige Affäre mit Windrädern würde auf eine Ebene gehoben, auf der sie die Kraft des Windes auf wirklich nachhaltige Weise nutzen können.
