EAF-Stahlherstellung nutzt vielversprechende Chancen in China und treibt eine vielversprechende Zukunft für die VPSA-Sauerstofferzeugung voran

1. Notwendigkeit zur Entwicklung des Kurzprozesses der Elektrolichtbogenofen (EAF)-Stahlherstellung

Die Erreichung des Kohlenstoffpeaks bis 2030 und der Kohlenstoffneutralität bis 2060 ist eine bedeutende strategische Entscheidung der chinesischen Regierung und eine ernsthafte Verpflichtung gegenüber der Welt. Seit der Reform- und Öffnungspolitik hat sich die chinesische Stahlindustrie rasant entwickelt. Die Rohstahlproduktion stieg von 31,78 Millionen Tonnen im Jahr 1978 (4,4 % des weltweiten Gesamtvolumens) auf erstmals über 100 Millionen Tonnen im Jahr 1996 mit 101,24 Millionen Tonnen (13,5 % der Welt) und machte China zum weltweit größten Stahlproduzenten, um dann im Jahr 2020 mit 1,053 Milliarden Tonnen (56,7 % der Welt) die Milliarden-Marke zu überschreiten.

Obwohl in den letzten drei Jahren ein leichter Rückgang zu verzeichnen war, erreichte die Produktion 2022 immer noch 1,013 Milliarden Tonnen (etwa 54 % der Welt). Die chinesische Eisen- und Stahlindustrie ist weiterhin stark von kohlebasierten fossilen Energieträgern abhängig, was zu erheblichen Kohlenstoffemissionen führt, die etwa 16 % der nationalen Gesamtmenge ausmachen, nur übertroffen von der Stromerzeugung und dem Verkehr.

Daher ist die wirksame Reduzierung der Kohlenstoffemissionen im Stahlproduktionsprozess zu einem großen Thema geworden, das von der Stahlindustrie und dem Land als Ganzes dringend angegangen werden muss.

Der geringe Anteil der EAF-Stahlproduktion ist einer der Hauptgründe für die hohen Kohlenstoffemissionen, den Energieverbrauch und die Umweltverschmutzung in der chinesischen Stahlindustrie.

Weltweit ist der Anteil der EAF-Stahlherstellung an der Gesamtproduktion von 7,3 % in den frühen 1950er Jahren auf heute 32–35 % gestiegen. In Ländern wie Iran, Türkei, USA und Indien liegt er bei über 50 %, teilweise sogar über 90 %. Nach Angaben der China Iron and Steel Association betrug die EAF-Stahlproduktion in China im Jahr 2022 nur 9,7 % der gesamten Rohstahlproduktion, weit unter dem globalen Durchschnitt von 30 %.

Im Vergleich zum traditionellen Hochofen-Konverter-Langprozess reduziert der EAF-Kurzprozess, der vollständig Schrottstahl verwendet, den Energieverbrauch pro Tonne Stahl um etwa 50 %, die Feststoffabfallemissionen um etwa 96 %, die Abgasemissionen um etwa 78 %, die Kohlenstoffemissionen um etwa 73 % und die gesamten Luftschadstoffe um etwa 90 %. In Anlehnung an die industriellen Entwicklungsmuster der entwickelten Länder könnte der Kohlendioxidausstoß um etwa 15 % reduziert werden, wenn Chinas gesamte Stahlproduktion konstant bleibt und der Anteil der EAF-Stahlherstellung bis 2035 auf 30 % steigt. Die Energieeinspar- und Emissionsminderungsvorteile der Entwicklung des EAF-Kurzprozesses sind daher von großer Bedeutung.

Darüber hinaus bietet der EAF-Kurzprozess weitere Vorteile wie die Möglichkeit, die Produktion nach Bedarf zu starten und zu stoppen, hohe Effizienz und Flexibilität sowie das Potenzial, als Zentrum für das städtische Abfallrecycling zu dienen. Daher ist die Betonung der Entwicklung des EAF-Kurzprozesses, der hauptsächlich Schrottstahl als Rohmaterial verwendet, eine entscheidende strategische Entscheidung, um eine nachhaltige Entwicklung in der Stahlindustrie zu erreichen.

2. Chinas EAF-Stahlherstellung nutzt günstige Entwicklungsmöglichkeiten

Chinas EAF-Stahlherstellung steht vor günstigen Entwicklungsmöglichkeiten, die sich in drei Hauptbereichen widerspiegeln:

1) Zunehmende Verfügbarkeit von Schrottstahlressourcen:

Es wird geschätzt, dass China bis 2025 über 300 Millionen Tonnen Schrottstahl erzeugen wird. Die erhebliche Freisetzung von Schrottstahlressourcen bietet eine solide Grundlage für die Entwicklung der EAF-Stahlherstellung.

2) Förderung durch kohlenstoffarme Entwicklungstrends in der Stahlindustrie:

Die Kohlenstoffemissionsintensität des Hochofen-Konverter-Langprozesses (BF-BOF) ist deutlich höher als die des reinen Schrott-EAF-Kurzprozesses. Die Einbeziehung der Stahlindustrie in den nationalen Kohlenstoffemissionshandelsmarkt und die Einführung von CO2-Steuerpolitiken werden die Wettbewerbsfähigkeit des EAF-Kurzprozesses weiter verbessern. Darüber hinaus wird die Aufnahme von Kohlenstofffußabdruckdaten und Kohlenstoffminderungsmaßnahmen in Stahlproduktindikatoren durch hochwertige Spezialstahlkunden auch die Entwicklung der EAF-Stahlherstellung fördern.

3) Förderung durch nationale Politik:

Seit 2016 wurden von der nationalen und den Provinzregierungen eine Reihe von Politiken und Dokumenten veröffentlicht, die die Entwicklung der EAF-Stahlherstellungstechnologie fördern. Insbesondere im August 2019 veröffentlichte das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT) ein Dokument, das ausdrücklich vorschlug, dass bis Ende 2025 der Anteil der von jeder Provinz ersetzten und gebauten EAF-Kapazität nicht weniger als 30 % der übernommenen Gesamtproduktionskapazität betragen sollte. Dies bietet ein günstiges politisches Umfeld für die Entwicklung der EAF-Stahlherstellung.

3. Wie ist die Entwicklungsrichtung für EAF-Stahlwerke in China?

Aufgrund der relativen Knappheit von Schrottstahlressourcen und der hohen Kosten der EAF-Stahlherstellung ist es für China noch nicht ausgereift, massiv reine Schrott-EAF-Stahlherstellung zu betreiben. Ein signifikanter Anstieg des Anteils der EAF-Stahlherstellung wird voraussichtlich nach 2030 oder sogar nach 2035 eintreten. Dies hängt von drei Faktoren ab:

1) Es wird erwartet, dass China weitere 8–10 Jahre benötigt, um ein relativ ausreichendes Angebot an Schrottstahl zu haben.

2) Es wird prognostiziert, dass Chinas gesamte Stahlnachfrage nach 2030 auf unter 800 Millionen Tonnen sinken wird. Die Schließung einiger Langprozess-Stahlwerke wird den Verbrauch von Schrottstahl in Konvertern reduzieren.

3) Grüne Entwicklung wird den Bau von urbanen Stahlwerken fördern. Der Kurzprozess des EAF kann gesellschaftliche Abfälle wie Schrottstahl, überschüssigen Strom und kommunales wiederaufbereitetes Wasser, das rund um Städte anfällt, verwerten und so ein harmonisches Zusammenleben von Stahlunternehmen und Städten fördern.

Wie sollten sich Chinas Stahlwerke, die den EAF-Kurzprozess nutzen, gegenwärtig und in Zukunft entwickeln? Folgende Ansätze können in Betracht gezogen werden:

1) Mehrere Kanäle für die Beschaffung von eisenhaltigen Materialien erkunden, die Schrottstahl ersetzen können. Direktreduziertes Eisen (DRI), heißbrikettiertes Eisen (HBI) und Hochofen-Roheisen sind derzeit die häufigsten Alternativen. Aufgrund des Mangels an Erdgas ist China noch nicht bereit, gasbetriebene Schachtöfen für die großflächige Produktion von DRI zu entwickeln. Daher werden chinesische Stahlunternehmen ermutigt, ins Ausland zu gehen, DRI-Anlagen in Ländern mit relativ reichlich Erdgas- und Eisenerzvorkommen zu bauen und die Produkte nach China als Rohmaterial für die Elektroofen-Stahlherstellung zu importieren.

2) Entwicklung von Kurzprozess-urbanen Stahlwerken. Bei der Entwicklung der EAF-Kurzprozess-Stahlherstellung kann China aus den Erfahrungen der US-amerikanischen Minimills lernen und Stahlwerke strategisch am Stadtrand platzieren. Diese Lage wäre vorteilhaft für den Zugang zu Schrottstahl und anderen eisenhaltigen festen Abfällen aus der Stadt. Darüber hinaus können Biomasse-Pyrolyseöfen verwendet werden, um städtische Abfälle und landwirtschaftliche Rückstände wie Stroh zu verarbeiten, wodurch reduzierende Gase wie Kohlenmonoxid und Methan sowie andere kostengünstige Kohlenstoffressourcen als Reduktionsmittel für Drehherdöfen erzeugt werden. Abgase und Abwärme können zur Stromerzeugung genutzt werden, wodurch ein intelligentes Microgrid-Energiemanagementsystem aufgebaut wird. Dieses System kann Schwachstrom oder saubere Energieerzeugung optimal nutzen, sodass der EAF dazu beitragen kann, die Last des städtischen Stromnetzes auszugleichen. Dies trägt zu einer grünen und effizienten Energienutzung bei, senkt die Stahlherstellungskosten und fördert das harmonische Zusammenleben von Stahlunternehmen und Städten. Diese urbanen Stahlwerke, die sich auf Produkte wie Betonstahl und Walzdraht konzentrieren, sollten idealerweise eine Produktionskapazität von etwa 1 Million Tonnen pro Jahr haben.

3) Letztendlich Umstellung der chinesischen Stahlindustrie auf eine Dominanz des EAF-Kurzprozesses unter Bedingungen relativ reichlicher Schrottressourcen und sauberer Elektrizität. Nach Schätzungen der China Iron and Steel Association und anderer relevanter Organisationen könnten Chinas Schrottstahlressourcen bis 2035 400 Millionen Tonnen erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird die signifikante Entwicklung der Kurzprozess-EAF-Stahlherstellung wirklich beginnen. Bis 2050 wird erwartet, dass Chinas Schrottstahlressourcen etwa 550 Millionen Tonnen erreichen, bei einer Rohstahlproduktion von etwa 800 Millionen Tonnen. In diesem Szenario werden über 70 % des Rohstahls mittels EAF-Kurzprozess hergestellt, hauptsächlich mit Schrottstahl als Hauptrohmaterial, ergänzt durch DRI, das mittels Wasserstoffmetallurgie hergestellt wird, während der Anteil der Langprozess-Rohstahlproduktion 30 % nicht übersteigt.

Industrielle VPSA (Vakuum-Druckwechseladsorption)-Sauerstofferzeugungsanlagen spielen eine entscheidende Rolle in der Kurzprozess-Elektrolichtbogenofen (EAF)-Stahlherstellung. VPSA-Sauerstoffanlagen können wirtschaftlich und effizient Sauerstoff anreichern, die Innentemperatur des EAF erhöhen, den Schmelzprozess beschleunigen und dadurch die Stahlherstellungseffizienz erheblich verbessern. Darüber hinaus tragen sie zur Reduzierung des Brennstoffverbrauchs, zur Senkung der Energiekosten und zur Verringerung der Emissionen von CO2 und anderen schädlichen Gasen bei, was Umweltziele unterstützt. Darüber hinaus fördert die Sauerstoffzufuhr die Schlackenbildung, entfernt effektiv Verunreinigungen aus dem geschmolzenen Stahl und verbessert so die Reinheit und Qualität des Stahls. Die Anwendung von VPSA-Sauerstoffeinheiten macht den Stahlherstellungsprozess flexibler und kontrollierbarer

PKU Pioneer steht an der Spitze der VPSA-Sauerstofferzeugungssysteme und PSA-Kohlenmonoxid-Trennanlagen mit umfangreicher Erfahrung in industriellen Anwendungen. Wir haben VPSA/PSA-Systeme in über 20 Länder und Regionen exportiert und bedienen mehr als 30 Branchen mit nachgewiesener Fachkompetenz. Unser CE-zertifizierter, containerisierter SPOX VPSA-O2-Generator wurde nach Italien exportiert und wird in den USA gebaut. PKU Pioneer wird weiterhin die Branche anführen, um effiziente, nachhaltige und maßgeschneiderte Sauerstofflösungen zu bieten, die den einzigartigen Anforderungen weiterer Kunden gerecht werden. Branche und hat sich als führende Marke etabliert, die für erstklassige Sauerstoffversorgungslösungen bekannt ist. Bis heute hat PKU Pioneer erfolgreich hochwertige VPSA-Sauerstoffanlagenlösungen für fast 70 führende Stahlunternehmen weltweit bereitgestellt und bahnbrechend eine maximale Kapazität von 10.000 Nm³/h in einem einzigen Stahlwerk erreicht. Darüber hinaus ist die patentierte PSA-CO-Reinigungstechnologie von PKU Pioneer für Abgase von Stahlwerken in der Lage, 99,9% hochreines CO abzutrennen, das dann zur Synthese von Chemieprodukten wie Ameisensäure und Ethylenglykol verwendet wird, und hat damit mehrere Weltpremieren erzielt. Die Stahlhersteller haben nicht nur deutliche Verbesserungen ihrer Produktionseffizienz und Produktqualität verzeichnet, sondern auch bemerkenswerte Fortschritte bei Energieeinsparungen und Emissionsreduzierung erzielt. Diese Vorteile haben wesentlich dazu beigetragen, umweltfreundliche Produktionspraktiken in der Stahlindustrie zu fördern und den Übergang zu nachhaltigeren Herstellungsverfahren voranzutreiben.