CO 2 -Reduktion in der Industrie: Grüner Wasserstoff im Hüttenwerk

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1 CO 2 -Reduktion in der Industrie: Grüner Wasserstoff im Hüttenwerk Vortrag im Rahmen der Zehnten Niedersächsischen Energietage Fachforum 1: Dekarbonisierung des Gesamtsystems Hannover, Ralph Schaper, Leiter Energiewirtschaft

2 Konzernstruktur und Eckdaten GJ 2016 Salzgitter AG Konzern Außenumsatz kons.: 7,9 Mrd. EBT: 53 Mio. Mitarbeiter: Flachstahl Grobblech / Profilstahl Mannesmann Handel Technologie Außenumsatz: 1,8 Mrd. EBT: -2 Mio. Mitarbeiter: Außenumsatz: 0,7 Mrd. EBT -32 Mio. Mitarbeiter: Außenumsatz: 1,0 Mrd. EBT: -22 Mio. Mitarbeiter: Außenumsatz: 2,9 Mrd. EBT: 45 Mio. Mitarbeiter: Außenumsatz: 1,3 Mrd. EBT: 28 Mio. Mitarbeiter: Folie 2 Alle Angaben zu Mitarbeitern per

3 Produktionsprozess - Rohstahl Sinteranlage: Kokerei 3,1 Mio. t 180 m 2 2 Koksofenbatterien 1,4 Mio. t Hochofen: 3 Hochöfen 4,2 Mio. t Primärmetallurgie: 3 x 220-t-LD Konverter Sekundärmetallurgie: 5 Legierungsstände Stranggießanlagen: 4 Gießmaschinen 4,6 Mio. t Kraftwerk: Stromerzeugung / Prozessdampf 1,38 TWh / 1,77 Mio. t Produktion 2016 Folie 3

4 Produktionsprozess - Walzstahl 3,6 Mio. t Warmbreitbandwalzwerk 2,2 Mio. t Kontibeize 1,5 Mio. t Tandemstraße Haubenglühe 0,6 Mio. t Dressierstraße Schubbeize Feuerverzinkung 1 und 2 Elektrolytverzinkung WB-Spaltanlage 0,2 Mio. t WB-Querteilanlage 0,2 Mio. t : auch Direktvermarktung Produktion ,6 Mio. t FV1 0,5 Mio. t FV2 0,5 Mio. t Organische Beschichtung 0,1 Mio. t 0,3 Mio. t Coillinie 4 0,2 Mio. t Coillinie 5 0,3 Mio. t Folie 4

5 Energiewirtschaftliche Rahmendaten Fremdenergieeinsatz pro Jahr (Primärenergien): 2,0 Mio. t Kokereikohle 0,8 Mio. t Reduktionsmittel 210 Mio. m³ Erdgas } 86 Mio. GJ Quelle: Energiebericht 2016 Jährlich anfallende Kuppelgase: 21,1 Mio. GJ Hochofengas 11,4 Mio. GJ Koksofengas 2,5Mio. GJ Konvertergas Eigenerzeugung (Sekundärenergien): 1,8 Mio. t Prozeß- und Heizdampf 1,4 Mio. MWh Strom 400 Mio. Nm³ Sauerstoff 170 Mio. m³ Druckluft => Über 40 % des Primärenergieeinsatzes werden als Kuppelgase recycelt } 35 Mio. GJ => SZFG generiert daraus 100% der benötigten Sekundärenergien Folie 5

6 Quellen: (1) Energiebilanz Hamburg 2015 Statistisches Amt für Hamburg und Schleswig-Holstein (2) Energiebericht SZFG 2016 Fremdenergiebezug (3) CO2-Bilanz 1990/2011 Landeshauptstadt Hannover Wirtschafts- und Umweltdezernat (4) Energie- und Treibhausgas-Bilanz Braunschweig Grüner Wasserstoff im Hüttenwerk Hamburg 2015(1) Salzgitter Flachstahl GmbH 2016(2) Terajoule p. a. Folie 6 Einordnung des Energieverbrauchs Hannover 2011 (3) Stadtgebiet Braunschweig 2008 (4) 0 Die SZFG setzt etwa fünf mal so viel Energie ein wie die Stadt Braunschweig!

7 Energieeffizienz ist uns per se ein wichtiges Anliegen Optimierung der Konvertergasgewinnung im Stahlwerk Energieeffiziente Roheisenerzeugung durch Entspannungsturbine am Hochofen Energieeffiziente Prozesse bei der Beschichtung von Stahlcoils 2016 Solche Resultate und Verbesserungen lassen sich nur dann erzielen, wenn man den Unternehmen hier im Lande die Luft zum Atmen und damit Spielräume für Investitionen lässt. Folie 7

8 Heutige Stahlherstellung auf Basis von Kohlenstoff Heutige Energieverbund Stahlherstellung Kuppelgaswirtschaft auf Basis von Kohlenstoff Warmwalzwerk gesamte CO 2 -Emissionen: 8 Mio. t CO 2 /Jahr Fackelverluste nur ~0,1 % Kokerei Kokereigas Koks Hochofen Hochofengas Winderhitzer Kraftwerk Konverter Konvertergas H 2 CH 4 CO CO 2 N 2 H 2 O Rest Kokskohle Eisenerz Folie 8

9 Zukünftig?: SALCOS - SAlzgitter Low CO 2 Steelmaking Erhöhung des H 2 -Einsatzes durch Reduktion mit Erdgas Eisenerz Pellets CO 2 -Vermeidung im integrierten Hüttenwerk - H 2 statt C zur Eisenerzreduktion Nutzung erneuerbarer Energien: Weitere Erhöhung des H 2 -Einsatzes Direkt reduziertes Eisen als Energiespeicher - Weiterentwicklung bereits etablierter Technologien (Erdgas- Direktreduktion) - Stufenweiser Umbau der Verfahrensroute: zwischen % CO 2 -Einsparung - BMBF-geförderte Machbarkeitsstudie MACOR ( ) Folie 9

10 SALCOS SAlzgitter Low CO 2 Steelmaking Ausgangsbasis: Direkt-Reduktions-Verfahren pellets/ lump ore CO 2 -removal H 2 O NG CO 2 (+H 2 S) fuel O 2 DRI Example: Energiron-ZR DRP Folie 10

11 SALCOS SAlzgitter Low CO 2 Steelmaking Von der integrierten Route zur Direktreduktion mit H2 Today MACOR* Pilotphase vollständige Umsetzung (S1b) (S2) (S3a) Hochöfen DRP Konverter (AS3b) E-Öfen Electrolyzer Status Quo Stage 1a and 1b Stage 2 Stage 3a Stage 3b Folie 11 *MACOR: Machbarkeitsstudie für SALCOS

12 SALCOS SAlzgitter Low CO 2 Steelmaking Einige Eckdaten Fall 1b (1 DRP mit 35% Wasserstoff, Kosten rund Mio. ): 1. zusätzliche Erdgaskapazität: Nm³/h 2. notwendige Wasserstoffproduktion: Nm 3 /h 3. installierte Leistung für Elektrolyse: 277 MW (Wirkungsgrad 0,7) 4. Jahresstromverbrauch Elektrolyse: 2,35 TWh el /a 5. zusätzlicher Strombedarf: 0,74 TWh el /a (Prozess + Wegfall Kuppelgasverstromung) 6. CO2-Einsparung: 1,5 Mio. t/a Fall 3b (3 DRP mit Wasserelektrolyse und 3 E-Öfen): 1. zusätzliche Erdgaskapazität: Nm³/h 2. notwendige Wasserstoffproduktion: Nm 3 /h 3. installierte Leistung für Elektrolyse: MW (Wirkungsgrad 0,7) 4. Jahresstromverbrauch Elektrolyse: 8,8 TWh el /a 5. zusätzlicher Strombedarf: 3,7 TWh el /a (Prozess + Wegfall Kuppelgasverstromung) 6. CO2-Einsparung: 6,6 Mio. t/a SALCOS ist Stand heute nicht umsetzbar. Es fehlen noch die Rahmenbedingungen, um einen Einsatz der vergleichsweise teuren Energieträger Erdgas und Strom bzw. Wasserstoff wirtschaftlich zu ermöglichen. Folie 12

13 Forschungsprojekt GrInHy Green Industrial Hydrogen via reversible high-temperature electrolysis (HTE) Projektlaufzeit: März 2016 bis Februar 2019 Fördermittelgeber: FCH2-JU (Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking) unter EU s Horizon Folie 13

14 Projektpartner Das GrInHy-Konsortium besteht aus 8 Partnern aus 5 verschiedenen Ländern der EU: Boeing (Spanien) Eifer (Deutschland) IPM (Tschechien) Politechnico di Torino (Italien) Salzgitter Mannesmann Forschung (Deutschland) Salzgitter Flachstahl (Deutschland) Sunfire (Deutschland) VIT (Finland) This project has received funding from the Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking under grant agreement No This Joint Undertaking receives support from the European Union s Horizon 2020 research and innovation programme and Hydrogen Europe and N.ERGHY. Folie 14

15 Ziele des Forschungsvorhabens Effizienz Ziel ist eine Stromeffizienz von mind. 80 % Hochskalierung SOEC-Einheit mit Leistungsaufnahme 150 kw und Production von 40 Nm³ H2 /h Einsatz Laufzeit Reversible Operation Kosten Einsatzziel mind. 7,000 h Betriebsstunden mehr als 10,000 h mit einem Leistungsverlust unter 1 %/1,000 h höhere Kapazität für anspruchsvollere Geschäftsmodelle zuverlässige Datenerhebung für Systemkosten und Reduktionspotenzial Hochtemperatur-Elektrolyse als ein marktfähiges Effizienzprodukt Folie 15

16 Energiebilanz HTE Elektrolyse (SOEC) ca. 80 % Strom SOEC H 2 η el,lhv = 85 % ca. 20 % Brennstoffzelle (SOFC) (Ab-) (waste) Wärme C H 2 /Synthesegas SOFC Durch die Einleitung von Abwärme (RSOC) entstehen höhere Energieeffizienzen Strom 60 C η el,lhv = % η th,lhv = 30 % Folie 16

17 Folie 17 Grüner Wasserstoff im Hüttenwerk Aktueller Stand: Inbetriebnahme Testbetrieb ist im Oktober gestartet

18 Zusammenfassung/ Ausblick Soll die Energiewende weltweit als Vorbild dienen, muss die Grundstoffindustrie in Deutschland eine Zukunft haben. Unter ökologischen wie ökonomischen Gesichtspunkten sollte grüner Strom zuerst dort eingesetzt werden, wo er den größten Dekarbonisierungseffekt hat. Die Dekarbonisierung der Stahlproduktion kann nur über Wasserstoff erfolgen. Wasserstoff wird in Europa erst dann zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie eingesetzt werden können, wenn die politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen geschaffen sind, um die aus heutiger Sicht höheren Erzeugungskosten kompensieren zu können. Darüber hinaus wird eine öffentliche Förderung der erheblichen Investitionsmaßnahmen erforderlich sein. Die HTE, als interessante Option zur H2-Erzeugung bietet Effizienzvorteile, wo Abwärme vorhanden ist und / oder der reversible Betrieb prozesstechnisch genutzt werden kann. Folie 18