Stahl ist einer der größten Klimakiller der Industrie. Gleichzeitig brauchen wir ihn für Windräder, E-Autos und die Energiewende. Wie passt das zusammen? Mit neuen Wasserstoff-Verfahren und Recycling können wir Stahl CO₂-neutral herstellen. Doch dafür braucht es vor allem eines: jede Menge grünen Strom.
Stahl ist nicht nur für die Energiewende wichtig, sondern für fast alles, was wir künftig sauber produzieren wollen. Wir brauchen ihn für Windräder, Solaranlagen, Schienen, Lokomotiven, Wasserstoffleitungen, E-Autos, große Batterien und Wärmepumpen.
Für den Umbau unserer Wirtschaft werden wir voraussichtlich sogar mehr Stahl brauchen als heute. Nur: Wo soll er herkommen, wenn seine Herstellung mit so vielen Belastungen für unsere Umwelt einhergeht? Schließlich will die EU bis 2050 klimaneutral werden.
Dreckige Produktion einfach ins Ausland verlagern? Bringt nichts!
Um zu verstehen, ob wir in Europa weiterhin Stahl produzieren können, müssen wir eines wissen: Wenn wir die „dreckige“ Produktion einfach in andere Länder verlagern, ist für das Klima nichts gewonnen.
Dafür gibt es sogar einen Fachbegriff: „Carbon Leakage“. Genau das ist in den letzten Jahrzehnten passiert. Europa produziert heute zwar mit weniger CO₂-Ausstoß, konsumiert aber weiterhin viele klimaschädlich hergestellte Waren. Wir importieren einfach Dinge, die wir in den 1980ern noch selbst hergestellt haben.
Der CO₂-Ausstoß taucht dann in der Statistik unserer Handelspartner auf, nicht in unserer. Für das Klima macht das keinen Unterschied. Wenn wir wirklich etwas verändern wollen, müssen wir also auch jene Industrien sauber machen, bei denen es besonders schwierig ist.
Europa ist bei der Energiewende Vorreiter. China setzt vor allem dort auf klimafreundliche Technologien, wo es wirtschaftlich und geopolitisch passt: Man fördert E-Autos, während gleichzeitig neue Kohlekraftwerke ans Netz gehen. Die USA sind beim Klimaschutz jetzt mal für einige Jahre abgemeldet.
Wenn also irgendwo eine saubere Stahlproduktion entstehen kann, die auch wirtschaftlich mithält, dann wohl in Europa. Und wenn die Technologie erst einmal funktioniert, werden sich auch Länder wie Indien oder Brasilien dafür interessieren.
Wie wird aus Eisenerz nun Stahl?
Schauen wir uns zwei Stahlwerke an: eines der voestalpine in Linz und eines von ArcelorMittal in Hamburg.
In Linz lernen wir die traditionelle Stahlerzeugung mit dem Hochofen kennen, in Hamburg ein jüngeres Verfahren: die sogenannte Direktreduktion.
Dafür müssen wir ein bisschen über Chemie sprechen. Aber ich verspreche: Ein bisschen Chemie, angewandt auf spannende gesellschaftliche Fragen, macht viel mehr Spaß als Chemie im Schulunterricht.
Wir beginnen ganz am Anfang: beim Eisenerz.
Bei beiden Verfahren geht es darum, Eisen aus Eisenerz zu gewinnen. Das geschieht durch einen chemischen Prozess, den man Reduktion nennt. Dabei wird dem Eisenerz Sauerstoff entzogen.
Variante 1: Stahl aus Kohle – der klassische Hochofen
In Linz setzt die voestalpine dafür Kokskohle ein. Im Hochofen wird damit das Eisenerz zu Roheisen verarbeitet. Dabei entsteht Kohlendioxid. Viel Kohlendioxid!
Um das Roheisen zu Stahl weiterzuverarbeiten, muss es flüssig sein. Dafür braucht es Temperaturen von über 1.500 °C. Das Schmelzen ist jetzt kein chemischer, sondern ein physikalischer Prozess.
Die Kokskohle erfüllt also gleich zwei Aufgaben: Sie hilft, das Eisen aus dem Erz zu gewinnen, und liefert die nötige Hitze.
Anschließend wird das Roheisen im sogenannten Linz-Donawitz-Verfahren (LD-Verfahren) zu Stahl verarbeitet.
Variante 2: Stahl aus Erdgas – deutlich weniger CO₂
Ganz anders funktioniert die Direktreduktion in Hamburg. Hier kommt statt Kokskohle Erdgas zum Einsatz. Dabei entsteht kein Roheisen, sondern sogenannter Eisenschwamm. Der ist fest und porös. Auch bei diesem Verfahren entsteht CO₂, aber deutlich weniger als beim Hochofen.
Jetzt muss der Eisenschwamm noch geschmolzen werden. Dafür nutzt man einen Elektrolichtbogenofen. Der funktioniert mit Strom statt mit Kokskohle.
Und noch ein Unterschied: Im Elektrolichtbogenofen entsteht direkt Stahl. Das zusätzliche LD-Verfahren fällt also weg. Kommt der Strom aus erneuerbaren Energien, ist dieser Teil der Herstellung CO₂-neutral.
Das Werk von ArcelorMittal in Hamburg wurde 1971 errichtet. Es ist die einzige Anlage in Europa, die Direktreduktion und Elektrolichtbogenofen kombiniert. Damit produziert Hamburg Stahl mit besonders niedrigem CO₂-Ausstoß.
Allerdings entstehen dort jährlich immer noch 600.000 Tonnen CO₂. Das entspricht ungefähr dem jährlichen Ausstoß von 300.000 Autos.
Das ist eine gigantische Menge.
Die gute Nachricht: Stahl geht auch mit Wasserstoff
Aber – und das ist ein wichtiges Aber – es gibt eine sehr gute Nachricht:
Statt Erdgas kann man bei der Direktreduktion auch Wasserstoff verwenden. Dabei entsteht bei der Reaktion mit dem Eisenerz Wasser statt CO₂.
Wird der Wasserstoff mit erneuerbarem Strom hergestellt, kann die Stahlproduktion nahezu klimaneutral werden.
2021 gelang dem schwedischen HYBRIT-Konsortium (Vattenfall, SSAB, LKAB) erstmals die Herstellung von CO₂-freiem Stahl mit Wasserstoff.
2022 folgte die Salzgitter AG in Deutschland. Sie integrierte das Verfahren erstmals in ein bestehendes Stahlwerk. Diese Technologie ist also keine ferne Zukunftsmusik.
Warum alter Stahl ein echter Schatz ist
Kommen wir noch einmal zum Elektrolichtbogenofen zurück. Der hat nämlich einen weiteren großen Vorteil: Er kann nicht nur Eisenschwamm schmelzen, sondern auch alten Stahlschrott. So funktioniert dann Recycling.
Tatsächlich lässt sich die Produktion damit sogar verbessern. ArcelorMittal mischt in Hamburg deshalb rund 70 Prozent Eisenschwamm mit 30 Prozent Stahlschrott.
Stahlrecycling ist längst kein Nischenthema. In der EU stammt schon mehr als die Hälfte des Stahls aus Recycling. Und dieser Anteil kann weiter steigen.
Einerseits werden die Verfahren besser. Zum Beispiel durch moderne Sortiermaschinen, die verschiedene Materialien mithilfe von Sensoren erkennen und trennen. Deutschland und Österreich spielen bei der Herstellung solcher Maschinen eine wichtige Rolle.
Andererseits gibt es jedes Jahr mehr Stahlschrott. Denn Stahl steckt oft jahrzehntelang in Brücken, Gebäuden oder Industrieanlagen. Erst wenn diese abgerissen oder erneuert werden, wird der Stahl wieder verfügbar. Bis 2050 wird die jährliche Schrottmenge deshalb steigen.
Stahl muss also nicht immer neu aus Eisenerz gewonnen werden. Wir können ihn immer wieder einschmelzen und weiterverwenden.
Das spart CO₂ und Rohstoffe. Man nennt das Kreislaufwirtschaft: Materialien werden möglichst lange genutzt, statt nach einmaligem Gebrauch im Müll zu landen.
Vier Wege, Stahl herzustellen – aber welcher ist der beste?
Wir kennen jetzt vier Möglichkeiten, Stahl zu produzieren. Sie unterscheiden sich vor allem darin, wie viel CO₂ sie ausstoßen und wie viel Energie und Strom sie brauchen.
- Der klassische Hochofen mit Kokskohle (Reduktion)
Das klimaschädlichste Verfahren. Es verursacht die höchsten CO₂-Emissionen und verbraucht insgesamt am meisten Energie. Dafür benötigt man vergleichsweise wenig Strom, weil die Kokskohle den Großteil der Energie liefert.
- Direktreduktion mit Erdgas
Deutlich weniger CO₂ als beim Hochofen, aber noch lange nicht klimaneutral. Der gesamte Energiebedarf ist etwas niedriger als bei der Wasserstoffvariante. Allerdings wird mehr Strom als beim Hochofen gebraucht, weil der Stahl elektrisch geschmolzen wird.
- Direktreduktion mit Wasserstoff
Das ist die einzige Möglichkeit, neuen Stahl aus Eisenerz nahezu CO₂-frei herzustellen. Der gesamte Energieverbrauch ist geringer als beim Hochofen, aber höher als bei der Erdgasvariante. Vor allem braucht dieses Verfahren riesige Mengen Strom, um grünen Wasserstoff herzustellen und den Stahl zu schmelzen.
- Recycling von Stahlschrott
Ebenfalls beinahe CO₂-frei, wenn grüner Strom verwendet wird. Und beim gesamten Energieverbrauch mit Abstand die sparsamste Variante. Allerdings braucht auch Recycling mehr Strom als die traditionelle Hochofenroute.
Der Haken an grünem Stahl: Wir brauchen verdammt viel Strom
Die gute Nachricht ist: Wir wissen, wie wir Stahl fast ohne CO₂ herstellen können. Mit Wasserstoff können wir neuen Stahl aus Eisenerz gewinnen. Mit Elektrolichtbogenöfen können wir ihn elektrisch schmelzen und alten Stahl recyceln. Beides funktioniert nahezu klimaneutral, wenn wir erneuerbare Energie einsetzen.
Doch genau hier liegt das Problem: Wir brauchen riesige Mengen grünen Stroms, um die Elektrolichtbogenöfen zu betreiben. Und noch viel mehr Strom, um Wasserstoff herzustellen.
Die Energie, die bisher aus Kokskohle kam, muss künftig zu einem großen Teil durch erneuerbaren Strom ersetzt werden.
Eine fast CO₂-freie Stahlindustrie ist also technisch möglich. Aber ob sie Wirklichkeit wird, hängt vor allem davon ab, wie schnell wir die Energiewende schaffen.
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