In den kommenden vier Jahren untersucht das Forschungsteam um Prof. Dr. Hauke Springer, wie sich die Stahlherstellung unter den Bedingungen der Kreislaufwirtschaft technologisch und wirtschaftlich weiterentwickeln lässt.

Elektrolichtbogenöfen gewinnen an Bedeutung

Die Stahlproduktion erfolgt bislang überwiegend über die Hochofenroute. Dieses Verfahren verursacht hohe Kohlendioxidemissionen. Daher rücken Elektrolichtbogenöfen zunehmend in den Fokus. Sie arbeiten mit elektrischem Strom statt mit Koks und verursachen deutlich geringere Emissionen. Wird der benötigte Strom aus erneuerbaren Energiequellen bereitgestellt, lässt sich Stahl nahezu klimaneutral herstellen.

Darüber hinaus ermöglichen Elektrolichtbogenöfen eine flexible Produktion. Die Anlagen sind häufig kleiner als klassische Hochofenwerke und lassen sich schneller an veränderte Marktbedingungen anpassen. Als Einsatzstoffe dienen vor allem Stahlschrott sowie direkt reduziertes Eisen. Bei der Herstellung von direkt reduziertem Eisen wird der Sauerstoff im Eisenerz nicht mit Kohle, sondern mit Erdgas oder künftig Wasserstoff entfernt.

Herausforderungen bei Rohstoffqualität und Nebenprodukten

Mit dem Ausbau der Elektrolichtbogentechnologie steigen die Anforderungen an die Rohstoffversorgung. Hochwertiger Stahlschrott steht nur begrenzt zur Verfügung. Gleichzeitig gelangen zunehmend Materialien mit unterschiedlichen und teilweise schwankenden Qualitäten in die Produktionsprozesse. Unerwünschte Begleitelemente können die Eigenschaften der erzeugten Stähle beeinflussen.

Auch die Zusammensetzung der anfallenden Nebenprodukte verändert sich. Dies betrifft insbesondere Schlacken, die unter anderem in der Zementindustrie eingesetzt werden. Für eine hochwertige Verwertung müssen deren Eigenschaften gezielt gesteuert werden.

Europäisches Konsortium entwickelt neue Lösungen

Das Projekt DiversEAFy wird vom belgischen Forschungsinstitut VITO koordiniert. Die Projektpartner entwickeln Technologien, mit denen sich unterschiedliche und schwankende Rohstoffqualitäten effizient verarbeiten lassen. Ziel ist es, die Qualität der erzeugten Stähle zu sichern und gleichzeitig Nebenprodukte so aufzubereiten, dass sie sicher und wirtschaftlich genutzt werden können.

Damit unterstützt das Projekt die Ressourcenschonung und die Schließung industrieller Stoffkreisläufe. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, die Kreislaufwirtschaft in der Stahlproduktion weiter voranzubringen.

Forschung an der Universität Duisburg-Essen

An der Universität Duisburg-Essen untersucht das Team von Prof. Dr. Hauke Springer die Herstellung von Stählen unter den Bedingungen einer zunehmend kreislauforientierten Rohstoffversorgung. Im Mittelpunkt stehen direkt reduzierte Eisenpellets aus unterschiedlich zusammengesetzten Erzen.

Die Forschenden analysieren den Einfluss von Begleitmineralen auf den Reduktionsprozess sowie auf die spätere Stahl- und Schlackenqualität. Auf Grundlage experimenteller Untersuchungen entwickeln sie ein erweitertes Modell, das unterschiedliche Rohstoffqualitäten künftig besser abbilden soll. Ziel ist es, die Prozessführung in Elektrolichtbogenöfen zu optimieren und die Verwertung der entstehenden Nebenprodukte zu verbessern.