Aktuelle Entwicklung von Dekarbonisierungstechnologiepfaden in der indischen Stahlindustrie

Es wird geschätzt, dass Indiens Stahlproduktionskapazität bis 2030 auf 300 Millionen Tonnen ansteigen könnte (wie im Nationalen Stahlpolitik Indiens von 2017 vorgeschlagen) und bis 2050 möglicherweise 500 Millionen Tonnen erreichen könnte. Die Stahlindustrie in Indien ist derzeit für 5% der gesamten Treibhausgasemissionen (THG) des Landes und 34% der kombinierten Emissionen des verarbeitenden Gewerbes und des Bausektors verantwortlich. Mit steigender Stahlproduktion werden auch die THG-Emissionen der Branche zunehmen. In einem „Business-as-usual“-Szenario wird prognostiziert, dass die Emissionen fast verdreifacht werden, von 295 Millionen Tonnen CO2 im Jahr 2020 auf 837 Millionen Tonnen CO2 im Jahr 2050. Daher ist es entscheidend, Wege zur Dekarbonisierung der indischen Stahlindustrie zu erkunden, um sicherzustellen, dass sie ihre Kohlenstoffemissionsziele termingerecht erreicht.
Bislang haben saubere Technologielösungen in der indischen Stahlindustrie noch keine Kommerzialisierung erreicht und befinden sich höchstens in der Forschungs- und/oder Pilotphase.
1. Verbesserung der Energieeffizienz
Die Verbesserung der Energieeffizienz sollte für indische Stahlunternehmen oberste Priorität haben. Im Vergleich zu internationalen Benchmarks ist der Energieverbrauch im indischen Stahlproduktionsprozess deutlich höher. Dies liegt größtenteils an der Verbreitung veralteter und ineffizienter Hochöfen sowie an der starken Abhängigkeit von kohlebasierten Direktreduktionsverfahren.
2. Verbesserung der Ressourcennutzungseffizienz
Die Verbesserung der Ressourcennutzungseffizienz ist ein weiterer wichtiger Hebel, um die CO2-Emissionen im Stahlproduktionsprozess zu senken. Da die Nachfrage nach Stahl in Indien wächst, ist die Förderung des Materialrecyclings entscheidend, um negative Umweltauswirkungen zu mildern.
Maßnahmen zur Verbesserung der Ressourcennutzungseffizienz umfassen die verstärkte Nutzung von Stahlschrott im Stahlherstellungsprozess, die Verlängerung der Produktlebensdauer durch die Verwendung hochwertigerer Materialien und die Reduzierung des Stahlverbrauchs durch den Einsatz höherwertiger Stahlprodukte. Diese Maßnahmen verringern die Nachfrage nach Rohstahlproduktion und wirken sich positiv auf Energieverbrauch und Kohlenstoffemissionen aus.
3. Transformation von Technologien
Kurzfristig sind Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz und der Ressourcennutzungseffizienz entscheidend, um die Kohlenstoffemissionen und den Energieverbrauch im Stahlproduktionsprozess zu senken.
Mittel- bis langfristig wird die Stahlindustrie neue kohlenstoffarme Technologien einführen müssen. Dies erfordert eine Abkehr von der derzeitigen kohlebasierten Stahlproduktion hin zu gasbasierten Technologien, wodurch die Umweltauswirkungen erheblich reduziert werden. Aus wirtschaftlicher Sicht wird die Nutzung von Erdgas oder Synthesegas zu einer praktikablen Transformationsoption.
In Indien könnte die gasbasierte Direktreduktion mit kohlebasierten Reduktionsrouten konkurrieren, wenn die Landedkosten für Erdgas bei etwa 6-8 USD pro MMBtu (Million British Thermal Units) liegen. Einige Direktreduktionseisenanlagen (DRI) in Indien, die Erdgas als Reduktionsmittel verwenden, sind bereits auf importiertes Erdgas angewiesen. Beispielsweise verwendet Jindal South West (JSW) Steel zu 100% importiertes Erdgas für seine DRI-Produktion. Andere Gase wie Koksofengas (COG) und COREX-Gas werden ebenfalls in einigen Stahlwerken in ganz Indien genutzt.
4. Tiefe Dekarbonisierungstechnologien
Um eine Dekarbonisierung im Stahlproduktionsprozess zu erreichen, reicht es nicht aus, nur die Energie- und Ressourceneffizienz zu verbessern; der Fokus muss auf der kommerziellen Maßstabsentwicklung von bahnbrechenden Technologien liegen – beispielsweise der Kohlenstoffabscheidungstechnologie.
Die Entfernung von CO2 aus Stahlwerksgas kann mit der CO2-Abscheidung integriert werden, um eine hochwertige Gasquelle mit hohem CO2-Gehalt für die Kohlenstoffabscheidung bereitzustellen, wodurch eine kostengünstige und energiearme CO2-Abscheidung erreicht wird. PKU Pioneer verwendet ein kombiniertes Verfahren aus Druckwechseladsorption (PSA) und Kältebox, wobei der Gesamtenergieverbrauch für die Abscheidung einer Tonne CO2 unter 2 GJ gehalten wird. In Kombination mit der CO-Trennung Technologie für Stahlwerksgas werden die Gesamtkosten weiter gesenkt.
PKU Pioneer verwendet sein selbst entwickeltes Cu-beladenes Adsorptionsmittel, um CO effizient aus Rohgasen zu reinigen, die reich an H2, N2 und CH4 sind, und erreicht eine Reinheit von bis zu 99,9%. Die PSA-CO-Trenntechnologie löst die industrielle Herausforderung der Trennung von CO von N2 und CH4 und wurde weitgehend in der CO-Trennung und -Reinigung aus verschiedenen Rohgasen angewendet. Unter über 50 erfolgreichen Engineering-Projekten ist das PSA-CO-Pilotprojekt von PKU Pioneer für die China Steel Corporation (CSC) nun in Betrieb. Nachdem es die strengen Anforderungen der Industrieländer erfüllt hat, hat PKU Pioneer die erste PSA-CO-Reinigung Anlage im Jahr 2024 in die USA exportiert. Die PSA-CO-Reinigungstechnologie spielt eine entscheidende Rolle bei der laufenden Entwicklung von Dekarbonisierungspfaden in der Stahlproduktion. Beispielsweise kann in gasbasierten Direktreduktionseisenprozessen (DRI) das abgetrennte hochreine CO als Reduktionsmittel oder chemischer Rohstoff verwendet werden, wodurch die Abhängigkeit von traditioneller Kohle erheblich reduziert und die Kohlenstoffemissionen gesenkt werden. Darüber hinaus kann es mit der Wasserstoffnutzung integriert werden, um weitere Möglichkeiten für die tiefe Dekarbonisierung in der Stahlindustrie zu schaffen.