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Jun 20, 2023

Über Strom hinaus: Ist Wasserstoff der Schlüssel zu einer umweltfreundlicheren Verhüttung und Raffinierung?

In der Metall- und Bergbauindustrie sind Schmelz- und Raffinerieprozesse der Hauptverursacher der CO2-Emissionen. Bisher konzentrierte sich ein Großteil der Dekarbonisierungsbemühungen der Branche darauf

In der Metall- und Bergbauindustrie sind Schmelz- und Raffinerieprozesse der Hauptverursacher der CO2-Emissionen. Bisher konzentrierten sich viele Dekarbonisierungsbemühungen der Branche auf die Elektrifizierung. Wir sehen jedoch allmählich eine Verlagerung hin zu Wasserstoff als Ersatz für fossile Brennstoffe in metallurgischen Prozessen.

Unser aktueller Bericht „Jenseits der Elektrizität: Ist Wasserstoff der Schlüssel zu einer umweltfreundlicheren Verhüttung und Raffinierung?“ bietet eine Analyse der „Cradle-to-Gate“-Emissionen von Scope 1 und 2 Kohlendioxidäquivalenten (CO2e) für das Jahr 2023.

Die Analyse wurde unter Verwendung von Daten aus unserem Emissions Benchmarking Tool (EBT) durchgeführt, das Emissionen abdeckt, die aus Bergbauaktivitäten sowie primären Schmelz- und Raffinierungsbetrieben stammen.

Der Bericht skizziert die wichtigsten Überlegungen, die Unternehmen bei ihren Dekarbonisierungsbemühungen berücksichtigen müssen. Das Verständnis der Vorteile von Wasserstoff in den Wertschöpfungsketten für Eisen, Stahl und Nichteisenmetalle wird Investoren auch dabei helfen, fundiertere Entscheidungen zu treffen.

Heute teilen wir einige der wertvollen Erkenntnisse aus dem Bericht. Um einen detaillierteren Auszug aus dem Bericht herunterzuladen, füllen Sie bitte das Formular oben auf der Seite aus.

Die Schmelz- und Raffinierungsprozesse, bei denen wichtige Metalle hergestellt werden, verursachen eine erhebliche Menge an Treibhausgasen (THGs). Stahl, Aluminium, Kupfer und Zink machen zusammen fast 9,5 % der weltweiten Emissionen aus.

Die Eisen- und Stahlindustrie ist derzeit unter den Metallen der größte Emittent von Treibhausgasen und trägt 7,0 % zu den gesamten weltweiten Emissionen bei. Der Aluminiumsektor ist für 2,0 % verantwortlich, wohingegen Kupfer und Zink 0,2 % bzw. 0,1 % ausmachen.

Angesichts der großen Unterschiede zwischen den Emittenten mit höheren und den niedrigeren 10 % dieser Emissionen ist klar, dass jede Wertschöpfungskette in der Produktion einen eigenen Ansatz zur Dekarbonisierung erfordert.

Unser Bericht stellt fest, dass die Eisen- und Stahlproduktion aufgrund der Verwendung von Kohle in metallurgischen Reaktionen 93 % der Treibhausgase in der Metall- und Bergbauindustrie verursacht. Im Gegensatz dazu verursacht die Produktion von Nichteisenmetallen 62 % der Emissionen aufgrund des Brennstoffmixes vor Ort in Kraftwerken oder der Netzstromversorgung.

Trotz der Notwendigkeit, diese Prozesse zu dekarbonisieren, konzentrieren sich die meisten globalen Bemühungen derzeit auf Ziele für den Stromverbrauch. Im Gegenzug bleiben die Emissionen fossiler Brennstoffe, insbesondere in der Nichteisenindustrie, weitgehend unberücksichtigt.

Daher besteht für Unternehmen ein klarer Bedarf, über Ökostrommaßnahmen hinauszublicken und sich auch auf technologische Innovationen zu konzentrieren, die den breiteren Stromerzeugungsmix ansprechen.

Bei der Eisen- und Stahlproduktion stammen 93 % der Emissionen aus dem Schmelzprozess, zu dem auch der Einsatz von Hochöfen, Kokereien und Sinteranlagen gehört.

Im Raffineriebetrieb sind die Stahlerzeugung und der Einsatz von Gießereien für weitere 5 % der Emissionen verantwortlich. Insgesamt machen die Kohlenstoffauswirkungen der Stahlherstellung erhebliche 92 % der Emissionen aus, die größtenteils auf die Verbrennung kohlenstoffreicher Brennstoffe zurückzuführen sind.

Der Einsatz von Wasserstoff als Ersatz für Hochöfen wurde ausführlich untersucht. Untersuchungen deuten darauf hin, dass der Brennstoff sauberer wirken kann und ihn aufgrund seiner Fähigkeit zur Kohlenstoffreduzierung im DRI-Verfahren (Direktreduktion von Eisen) zu einer wirksamen Alternative zu Kohle und Koks macht.

Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass 78 % der Emissionen der Aluminium-Wertschöpfungskette durch den Schmelzprozess, die Gießerei und die Elektrolyse entstehen. Die durch den Reduktionsprozess entstehenden Elektrolyseemissionen liegen zwischen 0 und 14 Tonnen CO2e/Tonne Aluminium.

Bei einer weiteren Aufschlüsselung des Aluminiumraffinierungsprozesses entstehen 70 % der Emissionen durch Dampf beim Aufschluss und 30 % durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe bei der Kalzinierung.

Das norwegische Aluminiumunternehmen Hydro hat in seinem Werk in Navarra Experimente durchgeführt und herausgefunden, dass Wasserstoff in Gießereien und bei Aufschlussprozessen als Ersatz für Erdgas dienen könnte.

Ebenso arbeiten der anglo-australische Bergbaukonzern Rio Tinto und der japanische Sumitomo-Konzern derzeit an einem Vorschlag für den Bau einer Wasserstoff-Pilotanlage, in der eine kohlenstoffärmere Aluminiumoxidraffinierung getestet werden soll. Die Initiative wird einen 2,5-MW-Elektrolyseur mit einer Produktionskapazität von mehr als 250 Tonnen Wasserstoff pro Jahr nutzen, was den Weg für die Einführung von Wasserstoff in der gesamten Branche ebnen könnte.

Im Kupferbergbau entstehen 22 % der Emissionen durch den Verbrauch bei Verlade- und Transportaktivitäten und 10 % sind auf den Schmelzprozess zurückzuführen.

Verfahren zur Lösungsmittelextraktion und Elektrogewinnung (SX-EW) machen 20 % der weltweiten Kupferproduktion aus, während das Recycling von Altkupfer etwa ein Drittel des Marktes ausmacht.

In der Kupferindustrie kann Wasserstoff als Alternative zu herkömmlichen Brennstoffen eingesetzt werden. Aurubis, ein globaler Anbieter von Nichteisenmetallen, hat Versuche durchgeführt, die darauf hindeuten, dass Wasserstoff Erdgas in Anodenöfen und Ammoniak in Kathodenschachtöfen ersetzen kann.

Wasserstoff hat auch das Potenzial, Erdgas im Kupfererhitzungsprozess zu ersetzen und als Reduktionsmittel in Schlackenreinigungs- und Anodenöfen zu fungieren.

Der Zinkabbau verursacht 20 % der gesamten CO2-Emissionen in der Zink-Wertschöpfungskette – hauptsächlich durch den Stromverbrauch während der Zerkleinerungs- und Mahlstufen. Die restlichen 80 % entfallen auf die Zinkverhüttung.

Beim Schmelzprozess entstehen 80 % der Emissionen fossiler Brennstoffe durch die pyrometallurgische Behandlung von Laugungsrückständen im Elektrolyseprozess. Während Imperial Smelting Furnace (ISF) und Vertical Retort (VR)-Prozesse 20 % ausmachen.

Sowohl Wasserstoff als auch Ammoniak sind vielversprechende Alternativen zur Kohlenutzung, insbesondere im Räucherprozess für zinkhaltige Rückstände. Allerdings befindet sich die betriebliche Anwendung noch im Versuchsstadium und zur Validierung sind weitere kinetische Studien in Kombination mit groß angelegten Experimenten erforderlich.

Wasserstoff hat das Potenzial, eine Schlüsselrolle bei der Dekarbonisierung von Eisen und Stahl zu spielen und teilweise zur Dekarbonisierung der Nichteisen-Wertschöpfungsketten beizutragen. In Zukunft müssen Organisationen einen strategischen Standpunkt hinsichtlich der Einbeziehung von Energie in Energiemixe und ihrer Verwendung als alternativer Brennstoff in metallurgischen Prozessen einnehmen.

Damit Wasserstoff jedoch in die Metall- und Bergbauproduktionsketten integriert werden kann, sind mehr Forschung, Zusammenarbeit und politische Unterstützung erforderlich. Die Fortschritte bei grünen Wasserstoffprojekten wie Navarra von Hydro, den Versuchen von Aurubis und den Projekten von Rio Tinto sind vielversprechend und werden zweifellos positive Ergebnisse und Lernpunkte liefern.

Um mehr über die Faktoren zu erfahren, die sich auf die Dekarbonisierung in der Metall- und Bergbauindustrie auswirken werden, füllen Sie das Formular oben auf der Seite aus, um einen Auszug aus unserem aktuellen Bericht herunterzuladen. „Jenseits der Elektrizität: Ist Wasserstoff der Schlüssel zu einer umweltfreundlicheren Verhüttung und Raffinierung?“.

Globaler Forschungsdirektor, Metall- und Bergbauverarbeitung

Daniel ist ein globaler Betriebs-, Prozess- und Technologieführer in der Eisen- und Stahlindustrie.