Lösung 1 - Optimierung des Hochofens

In der Natur kommt Eisen in Form von Erzen vor. Im Bergbau wird das Erz aus dem Gestein herausgelöst und aufbereitet. Um das Erz in Eisen zu verwandeln, wird es reduziert und in einem Hochofen mit Koks bei etwa 2.000 °C geschmolzen. Das dabei entstehende Roheisen enthält mehr als 2 % Kohlenstoff und kann in dieser Form nicht für Produkte verwendet werden. Das gewonnene Roheisen wird daher im Konverter mit Sauerstoff und Kühlschrott zu Rohstahl verarbeitet. Die gegossenen Brammen werden dann im Warmwalzwerk ausgewalzt und bei Bedarf weiter veredelt und die Oberflächen beschichtet. 

Nach der Beispielrechnung in ISO 14404.1 entstehen bei der Produktion von einer Tonne Rohstahl 2.387 kg CO₂. Moderne und optimierte Hochöfen können bis zu 20 % einsparen.

Rund 70 % des Rohstahls werden nach diesem Verfahren hergestellt. Es ist das etablierte Massenproduktionsverfahren für Rohstahl. 

Der Nachteil des Verfahrens ist das entstehende CO₂. Es gibt bereits Möglichkeiten für Optimierungen, die meist per Massebilanzverfahren nachgewiesen werden, da eine physische Trennung im Hochofen- / Konverterprozess nicht umzusetzen ist.

Die Optimierung der Hochofenroute bei der Stahlproduktion kann die CO₂-Emissionen reduzieren und ist entscheidend für die Bewältigung der Klimakrise. Hier sind einige Möglichkeiten, wie diese Optimierung erreicht werden kann:

1. Verwendung von wasserstoffreichen Reduktionsmitteln: Die traditionelle Verwendung von Kokskohle als Reduktionsmittel im Hochofenprozess führt zu erheblichen CO₂-Emissionen. Durch den Einsatz von wasserstoffreichen Reduktionsmitteln wie z.B. grünem Wasserstoff können die CO₂-Emissionen deutlich gesenkt werden.
2. Verbesserung der Brennstoffeffizienz: Die Optimierung der Verbrennung im Hochofen kann die Energieeffizienz erhöhen und die CO₂-Emissionen verringern. Dies kann durch eine bessere Luft- und Brennstoffverteilung und den Einsatz moderner Brennertechnologien erreicht werden.
3. CCS (Carbon Capture and Storage): Die Integration von CCS-Technologien in Hochofenanlagen ermöglicht es, CO₂-Emissionen abzufangen und zu speichern, anstatt sie in die Atmosphäre freizusetzen.
4. Elektrifizierung der Prozesse: Der Einsatz von Lichtbogenöfen anstelle von Hochöfen ermöglicht die Nutzung von elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen und die Minimierung von CO₂-Emissionen.
5. Nutzung erneuerbarer Energien: Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie zur Stromerzeugung in der Stahlproduktion kann den CO₂-Fußabdruck erheblich verringern.
6. Recycling und Kreislaufwirtschaft: Der verstärkte Einsatz von Recyclingmaterialien und die Förderung der Kreislaufwirtschaft tragen dazu bei, den Bedarf an neuer Stahlproduktion zu verringern und damit die CO₂-Emissionen zu senken.
7. Prozessoptimierung und Wärmerückgewinnung: Die Optimierung der Prozesse in Hochofenanlagen und die Wärmerückgewinnung können den Energieverbrauch senken und die Effizienz steigern.
8. Forschung und Entwicklung: Die kontinuierliche Forschung und Entwicklung neuer Technologien und Verfahren für eine CO₂-arme oder CO₂-freie Stahlproduktion ist von entscheidender Bedeutung.