Die Produktion von Eisen und Stahl erfolgt weltweit großteils über die Hochofenroute. Dieses Verfahren hat prozessbedingt einen sehr hohen Energieverbrauch und verursacht hohe CO2-Emissionen durch den Einsatz von Kohle. Um eine schrittweise Dekarbonisierung der Eisen- und Stahlproduktion zu erreichen, müssen neue Verfahren entwickelt und eingesetzt werden. Eine alternative Technologie ist die Direktreduktion.
Umweltfreundliche Alternative zur Hochofenroute
Das Unternehmen Primetals Technologies Austria GmbH1 entwickelt seit einigen Jahren eine innovative Variante der Direktreduktion. Bei der HYFOR® (Hydrogen-based fine-ore reduction)-Produktionsroute kommt eine wasserstoff-basierte Technologie zum Einsatz. Feinsteisenerz wird in diesem Verfahren erstmals direkt ohne weiteren Agglomerationsschritt, wie Pelletieren oder Sintern, in einem Wirbelschichtreaktor zu DRI (Direct Reduced Iron) reduziert. Dadurch können Investitions- und Betriebskosten eingespart werden. In diesem Prozess wird statt Kohle grüner Wasserstoff zur Reduktion von Eisenerz eingesetzt, was zu einer erheblichen Senkung der CO2-Emissionen führt. Ziel ist es, mit der neuen Technologie den Anteil von Primärenergie um 20 % sowie den CO2-Ausstoß, um bis zu 100 % zu senken. Das bedeutet, dass der CO2-Fußabdruck der Rohstahlproduktion mit dieser Technologie um 80 % verringert wird.
Pilotbetrieb für weltweit einzigartiges Verfahren
Nach vielversprechenden Kalt- und Heißversuchen im Labormaßstab errichtete die Primetals Technologies Austria GmbH am Standort des Projektpartners voestalpine Stahl in Donawitz eine HYFOR®- Pilotanlage. Seit 2021 wird hier das neuartige Verfahren „made in Austria“ weiter untersucht, um die Laborergebnisse im Realbetrieb zu verifizieren. Die Pilotanlage setzt sich aus drei Teilen zusammen: der Vorwärm-Oxidationseinheit, einer Gasaufbereitungsanlage und der eigentlichen Reduktionseinheit. In der Vorwärm-Oxidationseinheit wird das Feinerzkonzentrat auf über 800 °C erhitzt und der Reduktionseinheit zugeführt. Als Reduktionsgas wird 100 % Wasserstoff eingesetzt. Eine Trockenentstaubungsanlage vermeidet Emissionen aus den beteiligten Prozessen. Das heiße direktreduzierte Eisen (Hot Direct Reduced Iron/HDI) verlässt die Reduktionsanlage mit einer Temperatur von ca. 600 °C, bevor es abgekühlt und aus der HYFOR®-Pilotanlage ausgetragen wird.
Ergebnisse und Potenziale
Die Versuche im Pilotbetrieb verlaufen sehr vielversprechend. Die HYFOR® -Technologie ist das erste Verfahren weltweit, in dem Eisenerzkonzentrate mit 100 % Partikelgrößen unter 0,15 mm verarbeitet werden können. Der Prozess ist für eine Vielzahl von Erzen wie z. B. Hämatit und Magnetit geeignet. Im zweijährigen Pilotbetrieb sollen in der Anlage verschiedene Eisenerzarten getestet werden, um die optimalen Prozessparameter für die zukünftige klimafreundliche Roheisenproduktion zu erforschen. Die Größenordnung der verarbeiteten Eisenerzmenge liegt bei diesen Testläufen im Bereich von 800 kg. Die Direktreduktionsanlage ist modular aufgebaut. Dies ermöglicht eine kundenspezifische Skalierung für Stahlwerke jeder Größe. Der nächste Schritt wird die Erweiterung des Pilotbetriebs durch eine Heißbrikettierungs-Versuchsanlage zur Herstellung von heißbrikettiertem Eisen (Hot Briquetted Iron/HBI) sein. Ziel ist es, den HYFOR®-Prozess zu verifizieren und anhand der Testreihen die erforderliche Datenbasis für die Umsetzung eines Prototypen im industriellen Maßstab bereitzustellen.
https://energieforschung.at/projekt/fluidred-hot-bench-scale-plant/
„Primetals Technologies bekennt sich zur signifikanten Reduktion des CO2-Fußabdrucks und ist fest entschlossen, den Stahlsektor zu unterstützen, um das Null-Kohlenstoffziel zu erreichen. Dies erfordert jedoch innovative Entwicklungen, Kooperation von Stahlproduzenten und wissenschaftlichen Einrichtungen, als auch der öffentlichen Hand. HYFOR® ist ein Beispiel für eine bahnbrechende Innovation, welches diese Faktoren vereint. Ohne der Unterstützung des Klima- und Energiefonds, wären derartige Ergebnisse bei solchen Entwicklungen nicht möglich.“
Etsuro Hirai
Chief Technology Officer und CEO Primetals Technologies Austria
1 Projektpartner: Primetals Technologies Austria GmbH (Projektleitung), voestalpine Stahl Donawitz GmbH, Metallurgisches Kompetenzzentrum K1Met
