HYBRIT

HYBRIT:
Eine vollständig fossilfreie Wertschöpfungskette
von der Mine bis zum fertigen Stahlprodukt
ARTIKEL DER WOCHE

Fotos: Vattenfall

Erfolgreiches Pilotprojekt: Weltweit erster wasserstoffreduzierter Eisenschwamm produziert.

Für das schwedische Joint-Venture HYBRIT Development AB haben sich im Frühjahr 2016 der Stahlerzeuger SSAB, die Bergwerksgesellschaft LKAB und der Stromproduzent Vattenfall zusammengeschlossen. Das Ziel: die Schaffung einer vollständig fossilfreien Wertschöpfungskette von der Mine bis zum fertigen Stahlprodukt.

Die Stahlbranche heute ist einer der größten Emittenten von CO2. Kokskohle ist seit mehr als tausend Jahren eine wesentliche Komponente von Stahlprodukten. Das HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology)-Projekt wurde ins Leben gerufen, um mittels der HYBRIT-Technologie Stahl unter Verwendung von Wasserstoff, anstelle von Kohle, herzustellen. Gleichzeitig dient das Projekt dazu, die HYBRIT-Technologie vom Labor- in den Produktionsmaßstab zu bringen.

HYBRIT-Pilotanlage

Die Grundsteinlegung für den Bau der Pilotanlage für fossilfreien Eisenschwamm im schwedischen Luleå war am 20. Juni 2018. Am 31. August 2020 wurde das Werk im Beisein des schwedischen Premierministers Stefan Löfven in Betrieb genommen. Der Hochofenprozess wird abgelöst durch den Prozess der Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstoff. Koks und Kohle, die traditionell bei der Stahlproduktion eingesetzt werden, um den Sauerstoff in Eisenerz zu reduzieren, werden ersetzt durch Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser mit fossilfreiem Strom (vorrangig aus Windkraft) erzeugt wird. Durch die Direktreduktion entsteht anstelle von Kohlendioxid Wasser, welches wiederum für die Produktion von Wasserstoffgas rückgewonnen werden kann. Dieses Projekt wird von der schwedischen Energieagentur unterstützt.

HYBRIT Pilotanlage, Luleå, Nordschweden_Fotograf Åsa Bäcklin

Eisenschwamm-Testproduktion

Im Juni 2021 wurde die Testproduktion von Eisenschwamm in der HYBRIT-Pilotanlage abgeschlossen. Die Projektpartner SSAB, LKAB und Vattenfall zeigen sich erfreut über die Möglichkeit, fossilfreies Wasserstoffgas zur Reduktion von Eisenerz zu verwenden. Nach Unternehmensaussagen lief die Produktion kontinuierlich und sei von guter Qualität. Rund 100 Tonnen Eisenschwamm seien bisher hergestellt worden. Der mit der Wasserstofftechnologie hergestellte Eisenschwamm wird als Rohstoff bei der Herstellung von fossilfreiem Stahl verwendet. „Dies ist ein großer Durchbruch für uns und für die gesamte Eisen- und Stahlindustrie“, so Jan Moström, Präsident und CEO von LKAB. Bereits 2021 werde SSAB kleinere Mengen von Stahl aus wasserstoffbasierter Reduktion an Kunden liefern.

Erste Demonstrationsanlage

2026 solle die erste Demonstrationsanlage für die Produktion von Eisenschwamm im industriellen Maßstab in Gällivare, Schweden in Betrieb gehen. Geplant sei, dort zunächst 1,3 Millionen Tonnen fossilfreien Eisenschwamm zu erzeugen. Ziel sei jedoch, die Eisenschwammproduktion bis 2030 auf insgesamt 2,7 Millionen Tonnen pro Jahr hochzufahren. Die Entscheidung für den Standort Gällivare unweit des Polarkreises wurde aufgrund der Nähe zu den Eisenerzminen getroffen sowie der vorhandenen Logistik und dem Zugang zu fossilfreier Elektrizität. Integriert werde die Demonstrationsanlage in die Herstellung von Eisenpellets.

Wasserstoff erhitzen

Ein weiteres Projekt innerhalb von HYBRIT ist die Entwicklung einer großtechnischen Heizlösung, die große Mengen Wasserstoff auf bis zu 1.000°C erhitzen kann. Die Möglichkeit, große Mengen an Wasserstoff vorzuwärmen, ist eine der Herausforderungen des HYBRIT-Verfahrens. Das im Juli 2021 initiierte Projekt wird in Zusammenarbeit mit Kanthal, Teil der Sandvik-Gruppe, durchgeführt. Das erste Heizgerät mit einer Leistung von 250 kW sei bereits entwickelt worden und werde für Tests in der Pilotanlage in Luleå vorbereitet. Erweisen sich die Tests als erfolgreich, werde im nächsten Schritt mit der Entwicklung einer 1-MW-Version begonnen.

Wasserstoffspeicher

In direkter Nähe zur HYBRIT-Pilotanlage wurde zudem im April 2021 mit dem Bau eines Wasserstoffspeichers im Pilotmaßstab begonnen. Das 100 Kubikmeter große Wasserstofflager wird in einer geschlossenen Felshöhle in etwa 30 Meter Tiefe unter der Erde errichtet. Der Bau des unterirdischen Speichers biete die Möglichkeit, den erforderlichen Druck zu gewährleisten, um große Mengen an Energie in Form von Wasserstoff auf kostengünstige Weise zu speichern.

„Die Speicherung bietet die Möglichkeit, die Nachfrage nach Strom zu flexibilisieren und das Energiesystem zu stabilisieren, indem Wasserstoff zu Zeiten produziert wird, wenn es viel Strom gibt, zum Beispiel bei windigen Bedingungen, und den gespeicherten Wasserstoff dann zu verwenden, wenn das Stromnetz belastet ist“, erklärt Andreas Regnell, Head of Strategy bei Vattenfall und Chairman of the Board bei HYBRIT. Die Investitionen für den Kavernenspeicher von rund 25 Millionen Euro dienen der Weiterentwicklung von effizienten Speichertechnologien für Wasserstoff. Der Speicher soll 2022 betriebsbereit sein und bis 2024 betrieben werden.

Erste Testlieferung fossilfreien Stahls

Bereits im Juli 2021 hat SSAB Oxelösund erfolgreich den ersten Stahl gewalzt, der aus dem wasserstoffreduzierten Eisenschwamm hergestellt wurde. Dies bedeutet, dass der Stahl zu 100 Prozent mit Wasserstoff anstelle von Koks und Kohle reduziert worden ist. Der erste Kunde, der nun mit diesem Stahl beliefert wurde, ist die Volvo Group. Für das Projekt HYBRIT ist dies ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung einer vollständigen Wertschöpfungskette für fossilfreien Stahl.

Hintergrundinformationen

Beim derzeitigen Produktionsniveau von SSAB werde die fossilfreie Eisen- und Stahlproduktion mit der HYBRIT-Technik rund 15 TWh fossilfreien Strom pro Jahr benötigen. Nach Abschluss der Umstellung des Betriebs von LKAB erwarten die beteiligten Unternehmen einen Bedarf von rund 55 TWh pro Jahr (einschließlich des Großteils des Bedarfs von SSAB). Nach Vorstellung der Projektpartner soll eine fossilfreie Stahlproduktion im industriellen Maßstab im Jahr 2035 möglich sein. Ziel von SSAB sei die Markteinführung der ersten fossilfreien Stahlprodukte im Jahr 2026. Die Umstellung auf eine fossilfreie Stahlerzeugung habe das Potenzial, Schwedens CO2-Ausstoß um 10 Prozent und den CO2-Ausstoß Finnlands um sieben Prozent zu verringern.

Catrin Senger
Catrin ist Redakteurin bei Edelstahl Aktuell. Stahl zieht sich wie ein roter Faden durch ihr Berufsleben. Sie hat eine Ausbildung bei einem Großhändler für Rohr- und Rohrzubehör absolviert und in verschiedenen Funktionen bei einem Hersteller und Lieferanten von Analysegeräten für die Metallindustrie gearbeitet.

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