Der Erfolg des in Ohio ansässigen Unternehmens Cleveland-Cliffs, sein Ziel, die Treibhausgasemissionen seiner Eisen- und Stahlbetriebe in den USA zu senken, zu übertreffen, wurde letzten Monat vom Energieministerium gewonnen.
Der Fortschritt ist Teil eines umfassenderen Branchentrends zur Reduzierung der Umweltverschmutzung, die den vom Menschen verursachten Klimawandel vorantreibt. Dennoch sagen Befürworter, dass es noch viel Spielraum für weitere Kürzungen gibt.
Cliffs hat die Treibhausgasemissionen von fast vier Dutzend US-Anlagen bis Ende letzten Jahres um fast ein Drittel gegenüber dem Basiswert von 2017 gesenkt. Infolgedessen ernannte das Energieministerium das Unternehmen im Rahmen der Better Climate Challenge der Agentur zum Zielerreicher für 2023.
Die Stahlindustrie war im Jahr 2020 für etwa 7 % der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich, berichtete die US Energy Information Administration letztes Jahr. Laut einer Analyse der Daten der Internationalen Energieagentur durch Canary Media entspricht das etwa einem Sechstel aller weltweiten Emissionen aus der Stromerzeugung. Die Eisen- und Stahlindustrie führte den Industriesektor an, gefolgt von der Zementindustrie an zweiter Stelle.
Der Erfolg und die laufenden Dekarbonisierungsbemühungen von Cliffs und anderen Unternehmen zeichnen sich dadurch aus, dass die Stahlindustrie aufgrund ihres Bedarfs an hoher Hitze und kontinuierlichem Betrieb sowie Prozessreaktionen, die mehr Kohlendioxid ausstoßen, als schwer zu dekarbonisierender Sektor angesehen wird .
Gleichzeitig werden die Energiewende und das Wachstum erneuerbarer Energien wahrscheinlich die Nachfrage nach Stahl erhöhen, und laut einer Anfang des Jahres veröffentlichten Analyse von McKinsey & Company dürfte auch die weltweite Nachfrage nach kohlenstoffarmem Stahl steigen. Auch Unternehmen der Stahlindustrie sehen die Notwendigkeit, ihre Emissionen einzudämmen, um die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen.
„Wir wissen, dass wir eine Rolle bei der globalen Erwärmung spielen“, sagte Traci Forrester, Executive Vice President für Umwelt- und Nachhaltigkeitsfragen bei Cliffs.
Zusätzliche Anreize ergeben sich aus der Aussicht auf eine mögliche staatliche Regulierung der CO2-Emissionen, um dem Klimawandel entgegenzuwirken, wie im Jahresbericht 2022 des Unternehmens an die Aktionäre erwähnt, der im vergangenen April veröffentlicht wurde.
Auch Kundenwünsche spielen eine Rolle. „Bei US Steel geht es nicht nur darum, unseren eigenen CO2-Fußabdruck zu reduzieren“, sagte Arista Joyner, die für die Finanz- und Nachhaltigkeitskommunikation dieses Unternehmens verantwortlich ist. „Wir müssen uns auch an die veränderten Bedürfnisse unserer Kunden und deren Nachhaltigkeitsziele anpassen.“
heißes Zeug
Bei der traditionellen Methode zur Stahlherstellung wird Eisenerz in einem Hochofen mit einer kohlenstoffreichen Form von Kohle, Koks genannt, vermischt. Der Kohlenstoff verbindet sich mit dem Sauerstoff im Erz und bildet Kohlendioxid. Das Eisen schmilzt. Andere übrig gebliebene Abfälle fallen in Form von Schlacke an.
Das Eisen – in diesem Stadium „Roheisen“ genannt – wird dann zu einem zweiten Ofen geschickt, der Sauerstoff einbläst, um aus dem Eisen und einigen anderen Elementen Stahl herzustellen. Dadurch werden auch Treibhausgasemissionen freigesetzt.
Laut RMI, einer gemeinnützigen Organisation, deren Arbeit sich auf die Dekarbonisierung konzentriert, sind die beiden Schritte zusammen für fast drei Viertel der Kohlendioxidemissionen der US-amerikanischen Eisen- und Stahlindustrie verantwortlich.
Ein Großteil der Fortschritte von Cliffs bei den Emissionen ist der Eröffnung seiner „Direktreduktions“-Anlage in Toledo im Jahr 2020 zu verdanken. Die Anlage beginnt mit pelletiertem Eisenerz, das hauptsächlich aus Minnesota stammt, wo durch einen vorläufigen Backprozess bereits einige Verunreinigungen entfernt wurden.
Bei der Direktreduktion wird Sauerstoff aus dem Erz mit reformiertem Methan entfernt, das im Grunde eine Kombination aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff ist. Sowohl die Wasserstoffatome als auch die Kohlenmonoxidmoleküle können sich chemisch mit dem Sauerstoff verbinden. Die Direktreduktion ist also eine kohlenstoffärmere Methode zur Verarbeitung der Erzpellets. Die Anlage produziert heißes brikettiertes Eisen.
Das Werk in Toledo hat den Einsatz von Hochöfen durch das Unternehmen nicht überflüssig gemacht. Aber heißes brikettiertes Eisen könne die benötigte Koksmenge reduzieren, wenn die nächste Station ein Hochofen sei, sagte Forrester. Der Transport der Briketts im heißen Zustand reduziert zudem den Brennstoffbedarf dort oder für den Sauerstoffprozessofen.
Heißes brikettiertes Eisen kann auch in einen Elektrolichtbogenofen gelangen. Die Stahlindustrie nutzt diese Öfen heute hauptsächlich zur Wiederverwertung von Stahlschrott.
„Das Schöne an Stahl ist, dass er unendlich oft recycelt werden kann“, sagte Rich Freuhauf. Der Senior Vice President und Chief Strategy and Sustainability Officer von US Steel sprach im September auf einer Reuters Industry Transition-Konferenz.
Beim Recycling entfällt die Notwendigkeit, die Kohlendioxid freisetzenden Schritte der Eisenerzraffinierung zu wiederholen. Und wie der Name schon sagt, werden Elektrolichtbogenöfen mit Strom betrieben. So könnten sie statt fossiler Brennstoffe Kernkraft oder erneuerbare Energien mit Batteriespeicher nutzen.
Aber recycelter Stahl aus Elektrolichtbogenöfen wird nicht unbedingt alle prognostizierten Stahlbedarfe decken. Es erfüllt auch noch nicht die Anforderungen für einige höherwertige oder spezielle Stahlsorten. Dazu gehören höherfeste Stähle und Stähle mit hoher Duktilität, die in verschiedene Formen gebracht werden können, beispielsweise die freiliegenden Bleche von Automobilen.
--„Das ist wirklich unsere Nische bei der Bedienung des Automobilmarktes, zusätzlich zu vielen anderen Märkten“, sagte Forrester. Ein gewisser Kohlenstoffgehalt kann auch dazu beitragen, unterschiedliche Eigenschaften im Stahl zu erzielen.
Laufende Bemühungen
Laut Forrester spiegeln die Emissionssenkungen von Cliffs auch Verbesserungen der Energieeffizienz in allen Anlagen wider. Und es gibt Raum für weitere Emissionsreduzierungen.
Cliffs ist Teil der Midwest Alliance for Clean Hydrogen. Unter der Annahme, dass akzeptable Vereinbarungen mit der Agentur ausgehandelt werden können, wird die Koalition voraussichtlich bis zu 1 Milliarde US-Dollar an Wasserstoff-Hub-Finanzierungen erhalten, gab das Energieministerium letzten Monat bekannt.
Der Hub könnte zur Versorgung der Cliffs-Werke Indiana Harbor und Burns Harbor beitragen. Wasserstoff würde wahrscheinlich zunächst mit Erdgas gemischt werden, sagte Forrester. Wenn dann alles gut geht, könnte Wasserstoff einen Großteil oder möglicherweise den gesamten fossilen Brennstoff ersetzen.
Cliffs war auch Teil der Great Lakes Clean Hydrogen Hub Coalition, die vorschlug, im Kernkraftwerk Davis-Besse in Ohio sogenannten „rosa Wasserstoff“ mit überschüssigem Strom herzustellen. Obwohl das DOE das Projekt nicht für die Auszeichnung als regionaler Wasserstoffknotenpunkt ausgewählt hat, arbeitet das Energy Harbor-Werk bereits seit mehreren Jahren an der Wasserstoffproduktion. Sprecher Todd Morgano sagte, das Projekt „soll bis zum Frühjahr 2024 betriebsbereit sein.“
Auch die Stahlindustrie kauft mehr erneuerbare Energien. Im vergangenen Dezember stimmte Cliffs beispielsweise einem 15-jährigen Stromabnahmevertrag mit EDP Renewables über 180 Megawatt Strom aus einem Windpark in Indiana nahe der Grenze zu Ohio zu. Die in den Jahren 2014 und 2021 verabschiedeten Landesgesetze erschweren die Errichtung neuer kommerzieller Windparks in Ohio äußerst.
Die Nutzung und Speicherung von CO2 (Carbon Capture Utilization and Storage, CCUS) könnte ebenfalls die Emissionen der Stahlindustrie reduzieren, obwohl ihre Machbarkeit noch nicht bewiesen ist.
„Obwohl Technologien zur Kohlenstoffabscheidung existieren und in der Öl- und Gasbranche sowie einigen anderen Branchen weit verbreitet sind, wurde die Kohlenstoffabscheidung noch nie mit Hochofengas durchgeführt“, sagte Forrester. Sie bemerkte, dass Cliffs über mehrere Einrichtungen in der Nähe von Gebieten mit geeigneten geologischen Formationen zur Lagerung des Abfallkohlendioxids verfügt.
Andere Forschungsarbeiten untersuchen, ob Kohlenstoff in den Erzverarbeitungsstufen weiter reduziert oder eliminiert werden könnte. Im Juni kündigte das Energieministerium eine Finanzierung von fast 32 Millionen US-Dollar für Projekte zur Dekarbonisierung von Eisen und Stahl an.
Eines der zehn geförderten Projekte unter der Leitung der Case Western Reserve University in Cleveland würde elektrischen Strom mit geschmolzenem Salz nutzen, um Eisenerz Sauerstoff zu entziehen. Case Western gehört auch zu den Partnern des Center for Steel Electrification by Electrosynthesize, das vom Argonne National Laboratory in Lemont, Illinois, geleitet wird.
„Das große Zeug“
„Aus unserer Sicht war Cleveland-Cliffs bisher ein guter Akteur“, sagte Nick Yavorsky, ein RMI-Branchenanalyst, der im September einen Bericht über Möglichkeiten für die Herstellung von nahezu emissionsfreiem Stahl in der Region der Großen Seen mitverfasst hat. Aber er fügte hinzu: „Jetzt müssen wir uns mit den großen Dingen befassen.“
Während Wasserstoff potenziell die gesamte Direktreduktionsanlage antreiben könnte, gebe es Grenzen dafür, wie viel Wasserstoff in einem Hochofen mit Kohle vermischt werden könne, sagte er. Weitere große Einschnitte würden wahrscheinlich die Stilllegung kohleverbrennender Hochöfen und deren Ersatz durch Direktreduktionsanlagen erfordern. Yavorsky sagte, er glaube auch, dass die meisten Spezialstahlprodukte in Elektrolichtbogenöfen hergestellt werden könnten, die mit erneuerbaren Energien oder Kernenergie mit heißem Briketteisen betrieben würden.
Die politischen Entscheidungsträger in Ohio könnten Investitionen unterstützen, um diese Veränderungen zu erreichen, unter anderem durch bestehende Programme für JobsOhio, sagte Lachlan Carey, ein RMI-Politikanalyst und Ökonom, der auch am September-Bericht mitgearbeitet hat. Die Unterstützung von grünem Stahl könnte die Beschäftigung in der Stahlindustrie des Staates erhöhen und gleichzeitig die Fähigkeit Ohios verbessern, andere Fertigungsarbeitsplätze anzuziehen, bei denen Unternehmen Zugang zu sauberer Energie wünschen, sagte er.
US Steel habe sich bereits verpflichtet, bis 2050 Netto-Treibhausgasemissionen von Null zu erreichen, sagte Freuhauf. Cliffs schreckt bislang davor zurück.
„Wir verfolgen einen sehr praktischen Ansatz zur Reduzierung von Treibhausgasen und die Aussagen und Versprechen, die wir machen“, sagte Forrester und fügte hinzu, dass das Unternehmen zwar Ambitionen habe, sich aber auf das konzentriere, von dem es weiß, dass es es erreichen kann. „Wir ergreifen die Maßnahmen, die wir heute ergreifen können“, sagte sie.
Dieser Artikel erschien zuerst im Energy News Network und wird hier unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht.
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