01.06.2017 31.05.2020
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MACOR: Feasibility study on the reduction of CO2 emissions at a steel plant due to utilization of renewable energies

(only available in German) Die Stahlherstellung ist für einen großen Anteil der Treibhausgasemissionen in Deutschland verantwortlich. Gleichzeitig ist die Gesellschaft auf Stahl und die hochqualifizierten Arbeitsplätze angewiesen. Die Machbarkeitsstudie MACOR untersucht daher eine neue, klimafreundliche Methode zur Stahlerzeugung, die es zukünftig erlauben soll die CO2-Emissionen von Stahlwerken um mehr als 80% zu senken. Kern des sogenannten SALCOS-Konzepts ist die Verwendung von Wasserstoff an Stelle von Kohle als Reduktionsmittel. Das BMBF fördert die Studie bis 2020.

Drei Institute der Fraunhofer-Gesellschaft und zwei Tochterunternehmen der Salzgitter AG arbeiten im Vorhaben "Machbarkeitsstudie zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Hüttenwerk unter Nutzung Regenerativer Energien" (MACOR) im Verbund zusammen, um die Umstellung der Stahlherstellung auf ein klimafreundlicheres Verfahren zu bewerten.

Die Salzgitter AG verfolgt innerhalb des Konzeptes "Salzgitter Low CO2 Steelmaking" (SALCOS) einen Ansatz, mit dem bis zum Jahr 2050 mehr als 80% der CO2-Emissionen vermieden werden sollen. SALCOS beruht auf der schrittweisen Umstellung der klassischen Hochofenroute zu direkt reduziertem Eisen (DRI). Die CO2-Verminderung soll dabei durch den partiellen Ersatz des Reduktionsmittels Kohle durch Wasserstoff erreicht werden, der flexibel mittels erneuerbarer Energien erzeugt werden soll. Das direkt-reduzierte Eisen kann so als Energiespeicher für Fluktuationen in der Strombereitstellung dienen. Da das beim DRI-Verfahren gewonnene Eisen üblicherweise nicht die gleiche Qualität wie im Hochofenprozess besitzt, muss eine Nachbehandlung im Elektrolichtbogenofen - ebenfalls mit erneuerbarem Strom - stattfinden.

© Salzgitter AG

Die Machbarkeitsstudie MACOR dient der Bewertung des SALCOS-Konzeptes vor der Umsetzung. Das Vorhaben adressiert die grundlegenden wissenschaftlichen Fragestellungen, die bei der Umstellung auf das DRI-Verfahren auftauchen. Während das DRI-Verfahren selbst grundsätzlich bekannt ist, liegt das erhebliche Risiko darin, dass ein über Jahre optimiertes Stahlwerk umgestellt werden muss. Weiterhin ist unklar, in welchem Rahmen das DRI-Verfahren mit erneuerbaren Energieträgern großtechnisch betrieben werden kann. Mit MACOR sollen daher im Vorfeld mögliche Betriebszustände und Anlagenkonzepte besser bewertet werden können. Die Ergebnisse könnten erhebliche Investitionen der energieintensiven Industrie zur Umstellung auf einen emissionsarmen Betrieb anstoßen.

  • Schwerpunkt der Arbeiten im Teilvorhaben der Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH (SZMF) ist die Analyse möglicher stofflicher Speicherstrategien von erneuerbarer Energie im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen. In erster Linie wird dabei die Speicherung in Form von Wasserstoff oder direktreduziertem Eisen im Hinblick auf die angestrebte Einbindung einer Direktreduktionsanlage in das integrierte Hüttenwerk betrachtet. In enger Zusammenarbeit mit der Salzgitter Flachstahl GmbH (SZFG) ist die SZMF zudem maßgeblich daran beteiligt, die zentralen energie- und klimapolitischen Rahmenbedingungen zu ermitteln, die DRI-Integration bei der Prozessmodellierung des neuen integrierten Verfahrens zu unterstützen und bereits ab dem zweiten Projektjahr mit der Umsetzungsplanung zu beginnen.

  • Schwerpunkt der Arbeiten im Teilvorhaben der Salzgitter Flachstahl GmbH (SZFG) ist die Durchführung und Auswertung von Großversuchen zum Einsatz von direktreduziertem Eisen im Hochofenprozess unter realen Bedingungen. In enger Zusammenarbeit mit der Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH (SZMF) werden die zentralen energie- und klimapolitischen Rahmenbedingungen ermittelt und eine Methodik für eine Wirtschaftlichkeitsanalyse bei unsicheren Rahmendaten entwickelt und angewendet. Teil der Untersuchungen ist, welche Rolle der Stahlstandort Salzgitter unter Berücksichtigung der Konkurrenzsituation für den Einsatz von regenerativen Wasserstoff und möglicher Speicherkonzepte als Flexibilisierungsoption im künftigen Energiesystem einnehmen kann und wie die im Gesamtprojekt entwickelten Prozessmodelle umgesetzt werden können.

  • Die FhG-Institute leisten folgende Beiträge: FhG-IKTS koordiniert das Vorhaben und konzentriert sich auf die Modellierung des angestrebten Verfahrenskonzepts. Dies umfasst insbesondere die Bilanzierung und Simulation der verschiedenen Ausbaustufen des SALCOS-Konzeptes. FhG-ISI untersucht die Auswirkungen von Rahmenbedingungen auf die Integration des veränderten Stahlherstellungsprozesses sowie die Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Optionen und Ausbaustufen. FhG-UMSICHT unterstützt die Untersuchungen zum Wasserstoffmarkt und zur Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus wird FhG-UMSICHT eine eingehende Materialcharakterisierung von DRI-Proben durchführen.

Zum Projekt

Titel: Verbundvorhaben MACOR: Machbarkeitsstudie zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Hüttenwerk unter Nutzung Regenerativer Energien

Laufzeit: 01.06.2017 - 31.05.2020

Fördervolumen des Verbundes: 1,3 Mio. Euro

Projektpartner: Salzgitter Flachstahl GmbH, Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. (FhG-IKTS, FhG-ISI, FhG-UMSICHT)

Klimaschutz in der Industrie: Das SALCOS-Konzept und die vorgeschaltete Machbarkeitsstudie MACOR fokussieren dasselbe Themenfeld wie das BMBF-Forschungsprojekt Carbon2Chem. Carbon2Chem ist eine Alternative, wie CO2-Emissionen an Stahlwerken reduziert werden können. Im Gegensatz zum SALCOS-Konzept wird mit CarbonChem jedoch nicht die Hochofenroute verändert, sondern die Verwendung der Hüttengase unter Einbindung von "grünem" Wasserstoff angestrebt. SALCOS gilt als CDA (Carbon Direct Avoidance)-Maßnahme während Carbon2Chem dem Themenfeld CCU (Carbon Capture and Usage/Utilisation) zugerechnet wird.

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