Fraunhofer IKTS

Das Fraunhofer-Keramikinstitut IKTS in Dresden arbeitet gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft an Verfahren, die die Umweltbilanz der deutschen Stahlwerke drastisch verbessern sollen: Statt mit Koks wollen sie künftig mit Hilfe von Wasserstoff das Eisenerz zu Rohstahl reduzieren, also damit dem Eisenoxid den Sauerstoff entziehen. Durch diese „Direktreduktion“ wäre es möglich, bis zu 95 Prozent des Kohlendioxids zu sparen, das sonst als Nebenprodukt dieses chemischen Prozesses entsteht – immerhin acht Millionen Tonnen pro Jahr allein in Deutschland. Das hat IKTS-Forscher Dr. Matthias Jahn eingeschätzt. Allerdings gehe die ökologische Rechnung nur auf, wenn der eingesetzte Wasserstoff nicht mit Kohlestrom aus Wasser abgespalten werde, sondern durch Sonnen- oder Windstrom in besonders effizienten Hochtemperatur-Elektrolyseanlagen. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) entwickelt in Dresden bereits seit Jahren spezielle Brennstoffzellen-Stromerzeuger und deren Gegenstücke, die Elektrolyseure, die unter Stromzufuhr gewöhnliches Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Die Herzstapel („Stacks“) der Dresdner Systeme bestehen aus Keramikplatten und halten auch hohe Temperaturen um die 850 Grad aus. Solche Hochtemperatur-Zellen sind zwar teurer als herkömmliche Lösungen. Sie arbeiten aber dafür besonders effektiv und mit hohen Wirkungsgraden bis zu 75 Prozent. Im Fall der Elektrolyse heißt das: Derartige Systeme wandeln etwa drei Viertel der zugeführten elektrischen Energie in chemische Energie um, die im Wasserstoff gebunden ist. Gerade in der Stahlindustrie, wo es ohnehin heiß her geht, lohnt sich der Einsatz der Hochtemperatur-Elektrolyseure besonders. Denn dort kann der Hochofen die keramischen Wasseraufspalter bis zur Betriebstemperatur vorheizen. Bisher gibt es aber nur recht kleine Hochtemperatur-Wasserspalter in der Leistungsklasse zwischen 20 und 200 Kilowatt. Erste Pilotanlagen dieser Art testet die Salzgitter AG bereits in einem Stahlwerk, darunter Geräte der Dresdner Firma „Sunfire“. Für einen großindustriellen Einsatz in der Direktreduktion sind aber Systeme der Gigawatt-Klasse nötig. „Dafür brauchen wir ganz neue Stack-Designs“, erklärt Dr. Jahn. Außerdem müssen wir zu einer hochautomatisierten Stack-Fertigung kommen, um die Kosten zu senken. Aber der Ingenieur ist überzeugt, dass die erfahrenen Forscher, Anlagenbauer und Stack-Konstrukteure im Freistaat Sachsen diese komplexen Aufgaben schaffen können. Hier in Sachsen haben wir die Kompetenz, das Thema voranzubringen, insbesondere im Bereich der Hochtemperaturelektrolyse. Parallel zu kleineren Pilotprojekten haben Salzgitter sowie die Fraunhofer-Institute IKTS, Umsicht und ISI nun eine Machbarkeitsstudie erstellt. In mehreren Ausbaustufen könnte demnach Salzgitter bis 2050 zu einem Punkt kommen, an dem 95 Prozent der Kohlendioxid-Emissionen weggefallen sind. Rest-Abgase werden auch nach einem Koks-Verzicht bleiben, da das Eisenerz selbst Kohlenstoff enthält. Womöglich sollte man auch darüber nachdenken, die Direktreduktion künftig dort anzusiedeln, wo ohnehin viel Windstrom erzeugt wird, also an der Küste. Die Eisenerzzüge würden dann nicht mehr direkt in die Stahlwerke gebracht, sondern Zwischenstation an großen Elektrolyse- und Reduktionsfabriken an Ost- oder Nordsee machen, bevor sie zu verschiedenen Stahlarten weiterveredelt werden. Das würde auch für Norddeutschland ganz neue wirtschaftliche Perspektiven eröffnen.“ Ähnliches ist laut Oiger.de für die Lausitz denkbar.