Nachhaltige Entwicklung und Innovationen in der Stahlindustrie

Nachhaltigkeit ist ein zentraler Aspekt im Ingenieurwesen und genau hier setzt cross-ING an. Wir begleiten unsere Partner und Kunden auf ihrem Weg zu nachhaltigen Lösungen und unterstützen dabei, innovative Technologien und neue Konzepte umzusetzen. Ein spannendes Beispiel dafür bietet die aktuelle Entwicklung in der Stahlindustrie, die unser Competence Center Leiter für Materials in unserem neuesten Beitrag beleuchtet.

Stahl, ein Grundmaterial für die moderne Gesellschaft, ist für Infrastruktur, Transport und Energiesysteme von entscheidender Bedeutung. Seine Produktion ist jedoch einer der größten industriellen Verursacher von Kohlendioxidemissionen und macht etwa 11 % der weltweiten Emissionen aus [1]. Da die Welt mit den zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels konfrontiert ist, die durch die extremen Hitzewellen in diesem Sommer zu spüren sind, muss die Stahlindustrie nachhaltige Praktiken und Technologien einführen, um ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern. Wir heben die laufenden Bemühungen und Innovationen hervor, die den Sektor in eine kohlenstoffarme Zukunft führen.

Abbildung 1: Stahlproduktion, Gesamt-CO2-Emissionen und CO2-Intensität, 2019 – 2050 im Rahmen der Internationalen Energieagentur [1].

Dekarbonisierung der Stahlindustrie – globale Strategien und Technologien

Wichtige stahlproduzierende Regionen, darunter China, Europa, Indien, Japan, Russland und die Vereinigten Staaten, haben sich verpflichtet, ihre Stahlindustrie zu Dekarbonisierung, um die Klimaziele zu erreichen. Als größter Produzent und Verbraucher spielt China eine große Rolle. Orientiert an der Innenpolitik hat sich das Land ehrgeizige "Dual Carbon"-Ziele gesetzt, um die CO2-Emissionen vor 2030 zu erreichen und bis 2060 Klimaneutralität zu erreichen. Die Roadmap umfasst energiesparende Modernisierungen, Maßnahmen zur Schadstoffkontrolle, Abfallrecycling und Kapazitätsoptimierung. Weltweit konzentrieren sich die wichtigsten Strategien zur Reduzierung von Emissionen in der Stahlindustrie auf die Einführung erneuerbarer Energien, eine kohlenstoffarme Verarbeitung und Technologien zur Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS) [2,3].

Wasserstoff entwickelt sich zu einem wichtigen Akteur bei der tiefgreifenden Dekarbonisierung. Indem sie sowohl als Reduktionsmittel als auch als saubere Energiequelle dient, bietet die Wasserstoffmetallurgie einen transformativen Weg für eine nachhaltige Stahlproduktion. Diese Methode ergänzt die laufenden Fortschritte bei der Integration erneuerbarer Energien und der CCUS-Innovation, die für das Erreichen umfassender Emissionsreduktionen unerlässlich sind [2].

Innovation durch Recycling und Materialwissenschaft

Das Recycling von Eisen und Stahl ist ein Eckpfeiler der nachhaltigen Entwicklung in diesem Sektor. Die Aufrechterhaltung der Qualität von recyceltem Stahl, um den Anwendungsanforderungen gerecht zu werden, ist jedoch eine große Herausforderung. Innovationen wie Elektroraffinationsverfahren ermöglichen die direkte Entkohlung von geschmolzenem Eisen bei gleichzeitiger Rückgewinnung wertvoller Nebenprodukte wie Silizium. Diese Methoden versprechen Skalierbarkeit und Integration in bestehende Sekundärstahlwerke, was die Nachhaltigkeit erhöht [3].

Die Materialwissenschaft verbessert auch die Leistung und Lebensdauer von Stahlprodukten. So weisen beispielsweise Seltenerdstähle, wenn sie mit niedrigem Sauerstoffgehalt verarbeitet werden, verbesserte mechanische Eigenschaften auf, einschließlich einer 40-fach höheren Zug-Druck-Ermüdungslebensdauer und einer um 40 % höheren Walzkontakt-Ermüdungslebensdauer. Diese Verbesserungen reduzieren das benötigte Materialvolumen, die Anforderungen an die Sekundärverarbeitung und die nachgelagerten Emissionen [4].

Zusammenarbeit und Systemwandel für eine nachhaltige Zukunft

Die Transformation der Stahlindustrie erfordert koordinierte Anstrengungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die Zusammenarbeit mit nachgelagerten Kunden ist unerlässlich, um kohlenstoffarme Produkte zu entwickeln, die den Anwendungsanforderungen entsprechen, insbesondere in sauberen Energiesektoren wie Photovoltaik, Batteriefahrzeugen und Wasserstoff-Energiesystemen. Darüber hinaus ist die Förderung eines ermutigenden Marktumfelds mit klaren Richtlinien, Bewertungsstandards und finanziellen Anreizen von entscheidender Bedeutung, um die Einführung von Innovationen und die Umstrukturierung in der Branche voranzutreiben.

Eine nachhaltige Entwicklung in der Stahlindustrie erfordert einen vielschichtigen Ansatz, der technologische Innovation, politische Unterstützung und Kooperationspartnerschaften integriert. Durch die Nutzung von Fortschritten in den Bereichen kohlenstoffarme Technologien, Recyclinginnovationen und Materialwissenschaften kann der Sektor seine Umweltauswirkungen erheblich reduzieren und gleichzeitig seine wichtige Rolle in der modernen Gesellschaft beibehalten. Angesichts der anhaltenden globalen Klimaherausforderungen muss die Stahlindustrie beim Übergang zu einer kohlenstoffarmen, nachhaltigen Zukunft mit gutem Beispiel vorangehen.

Wie kann cross-ING Sie unterstützen?

Nachhaltige Transformation und innovative Lösungen sind bei cross-ING Teil unserer DNA. Wenn Ihr Unternehmen vor ähnlichen Herausforderungen steht oder Impulse für nachhaltige Konzepte sucht, stehen wir Ihnen gerne mit unserem Fachwissen zur Seite.

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[1] Weltstahlverband (2023). "Der Klimawandel und die Produktion von Eisen und Stahl."

[2] Streben nach grünem Stahl.Nat. Mater.21, 1091 (2022). https://doi.org/10.1038/s41563-022-01379-y

[3] Richter, W. D., Paeng, J., & Azimi, G. (2022). Elektroraffination zur direkten Entkohlung von geschmolzenem Eisen. Naturmaterialien, 21(10), 1130-1136.

[4] Li, Dianzhong et al. "Seltenerdstähle mit niedrigem Sauerstoffgehalt." Naturmaterialien 21.10 (2022): 1137-1143.