Dekarbonisierung Stahlindustrie - 29.06.2020 Dr. Marlene Arens Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung
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Dekarbonisierung Stahlindustrie 29.06.2020 Dr. Marlene Arens Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung
Coal based steelmaking
Globale Stahlproduktion Natural gas based steelmaking
1700 Millionen
Tonnen Stahl (2017) Scrap based steelmaking (Recycling)
24%
4%
72%
picture credit: https://timedotcom.files.wordpress.com/2017/04/paris-agreement-
withdraw-donald-trump.jpeg
sources: Worldsteel, Midrex [neglecting coal based
M. Arens steelmaking in rotary kilns (15 Mio t, 2017)]Kommerzielle Stahlherstellungsverfahren
EISENERZ STAHLSCHROTT
+ + + + +
KOHLE ERDGAS ELEKTRIZITÄT
SCHMELZ-
HOCHOFEN DIREKTREDUKTION
REDUKTION
KONVERTER ELEKTRO-LICHTBOGENOFEN
STAHL
M. ArensPrimärstahlproduktion (2000-2015) und -projektion (2020-2050)
1600
Projektion ASEAN (5)
1400 Other C. & S. America
Stahlherstellung im Konverter (Mt/year)
Africa & Middle East
1200 Other Europe
Other Asia & Oceania
1000
Brazil
India
800
S. Korea
600 NAFTA
CIS
400 Japan
EU28
200 China
0
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Jahr
(source: Worldsteel Steel Statistical Yearbook
M. Arens (2002, 2007, 2012, 2017) and Worldsteel (2019)).1200 C. < 0.8 Mt in 2017
10 Jahre! IRAN
Wenn Hochöfen nur bis 2030
Kapazität von Konvertern nach Land in Millionen Tonnen pro Jahr
ARGENTINIA
1000
erneuert werden würden.... AUSTRALIA
(Annahme, dass die Hochofenreisen 20 Jahre
SOUTH AFRICA
dauern)
INDONESIA
800 CANADA
MEXICO
KAZAKHSTAN
TURKEY
600
VIETNAM
TAIWAN
UKRAINE
400
UNITED STATES
BRAZIL
SOUTH KOREA
200 RUSSIA
INDIA
JAPAN
0 EUROPE
2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 PR CHINA
Jahr
M. Arens
Quelle: VDEh Plantfacts DatabankCO2 Reduktion in der Stahlindustrie
Ersatz von Kohle durch Strom
oder Wasserstoff: CO2-Abscheidung
- Wasserstoffdirektreduktion CO2 und Speicherung
- Elektrolyse von Eisenerz und/oder
- Plasmaschmelzverfahren Verwendung Verringerung der Nachfrage
(CCU/CCS) - Wechsel von Primärstahl zu
Recyclingstahl
- Verringerung der
Primär- Stahlnachfrage durch
Kohle Holzbau,
(& Eisenerz) stahl
wiederverwendbare
Bauteile, etc.)
Stahlindustrie (Primär)
M. ArensStrombasierte Stahlherstellungsverfahren
Kommerziell verfügbar
weitere Forschung & Entwicklung notwendig
Elek- Elek-
trizität trizität
Eisen- Eisen- Elek- Eisen- Elek- Stahl-
erz erz trizität erz trizität schrott
Wasser- Wasser-
stoff stoff
Plasma- Elektrolyse von Elektrolicht-
Direktreduktion schmelzverfahren Eisenerz bogenofen
HYBRIT (Sweden) Voestalpine (Austria) ArcelorMittal [400 million tons
Salzgitter (Germany) globally]
(ThyssenKrupp, Germany)
M. ArensCO2 Emissionen nach Stahlherstellungsverfahren
Kommerziell verfügbar
Weitere Forschung und Entwicklung notwendig
Coal based
Kohle- current Natural gas based
Erdgas CO2 Capture
CCS at coal Electricity based
Elektrizität I I- Recycled steel
Elektrizität II
major technology
(Hochofen) (Direktreduktion) based steelmaking (H2H2/Plasma/Electrolysis
(am Hochofen) / Plasma / Elektrolyse) (Electricity based II)
(Recyclingstahl)
Quellen: Lechtenböhmer et al., Arens et al. M. Arens9
CO2-arme Stahlherstellungsverfahren – der Einfluss auf‘s Europäische Energiesystem
Anteil der CO2 Emissionen, sowie des Verbrauchs von Steinkohle, Erdgas & Elektrizität
für 100 Millionen Tonnen Stahl an dem derzeitigen EU-28 Energiemarkt (nach
35% Stahlherstellungsverfahren)
CO2 Coal Natural Gas Electricity
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Kohle
Coal based - current NaturalErdgas
gas based CCS at coal
CO2 Capture Elektrizität
Electricity I I-
based Elektrizität II
Recycled steel
(Hochofen)
major technology (Direktreduktion) (am Hochofen)
based steelmaking (H2 / Plasma /
H2/Plasma/Electrolysis (Recyclingstahl)
(Electricity based II)
Elektrolyse)
M. ArensChina
CO2 Emissionen nach Ländern Europe (EU-28)
India 90%
(kohlebasierte Stahlherstellung) Japan
South Korea
Russian Federation
USA
Brazil
Ukraine 97 %
Taiwan 97 %
Turkey
Canada
Fünf Länder und die Viet Nam
Mexico
EU-28 verursachen
Kazakhstan
90% der weltweiten Australia
CO2 Emissionen der South Africa
Stahlherstellung mit Indonesia
Iran
Kohle. Argentina
Algeria
Serbia
CO2 emissions from coal-based steelmaking by country, 2018. Sources: Worldsteel Steel in Figures, 2019, Midrex 2019. Assumptions: blast
Chile
furnace steelmaking 2 t CO2/t steel; coal-based direct reduction 3 t CO2/t steel (mainly in India); CO2 emissions from electricity generation Bosnia-Herzegovina
and coal consumption in scrap-based steelmaking are not considered. New Zealand
Egypt
M. ArensZusammenfassung
i. Die globale Stahlindustrie ist noch nicht auf dem Weg bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu
sein. Nur 5 Länder + EU verursachen 90% der CO2 Emissionen der
Primärstahlherstellung.
ii. Wasserstoffdirektreduktion ist als Technologie verfügbar, aber CO2-armer &
kostengünstiger Wasserstoff ist es noch nicht.
iii. Andere vielversprechende Verfahren befinden sich in der Entwicklung die ggf. in der
zweiten Hälfte des Jahrhunderts einsatzbereit sind.
iv. CCS wird als Option immer wieder genannt, der Fortschritt in den letzten Jahren ist aber
begrenzt
v. Stahlrecycling ist bereits ein Verfahren zur nahezu CO2-freien Stahlerzeugung
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