Nun soll auch die Herstellung von „grünem“ Stahl durch Umstellung auf das Direktreduktionsverfahren mit Wasserstoff zur Klimarettung beitragen – doch schon die dafür erforderlichen Energiekosten verschlingen gemessen an der Hochofen-Route Milliarden Euro
Dr.-Ing. Erhard Beppler
Fazit
Die Energiepreise laufen davon, dennoch soll in allen Sektoren im Sinne der Dekarbonisierung auf Wasserstoff umgestellt werden, ohne sich jedoch der Mühe zu unterziehen, die Kosten für die Umstellung auf Wasserstoff auch nur annähernd zu sichten.
Eine Schlüsselrolle bei der Umstellung auf Wasserstoff soll nun die Stahlindustrie durch Austausch des Hochofenverfahrens gegen das Direktreduktionsverfahren mit dem ausschließlichen Einsatz von Wasserstoff als Reduktionmittel übernehmen. Die Investitionen für diese Umstellung sind weitgehend ausgehandelt.
Die Kosten für die Herstellung bis zur Verarbeitung des Wasserstoffes bei der Umstellung der Stahlerzeugung auf Wasserstoff teilen sich im Wesentlichen auf nach 1. der ausschließlichen Stromerzeugung über Wind und Sonne, 2. der Herstellung von sauberem Wasser, 3. den Herstellkosten in H2-Elektrolyseuren, 4. den Energiekosten, 5. den Speicherkosten, 6. den Transportkosten.
Im Folgenden sollen in einem ersten Schritt ausschließlich die Energiekosten bei der Umstellung der Stahlherstellung behandelt werden.
Basierend auf thermodynamischen Daten sind zunächst für die Reduktion von 1 kg H2 33 KWh erforderlich. Bei einem angesetzten Wirkungsgrad bei der Herstellung des Wasserstoffes in Elektrolysatoren von 70% sind dann für 1 kg H2 47 KWh aufzuwenden.
Auf der Basis der Industriestrompreise in 2023 von 0,265 Euro/KWh ergeben sich dann Energiekosten von 12,5 Euro/kg H2 ( 2022 bei 0,432 Euro/KWh von 20,3 Euro/kg H2).
Wird von einer mittleren jährlichen Stahlerzeugung von 42,4 Mio. t Stahl ausgegangen, davon 23,3 Mio. t über die Hochofen-Route, so errechnet sich unter angesetzten Gleichgewichtsverhältnissen (Versuche in Schachtöfen bei ausschließlichem Einsatz von Wasserstoff sind nicht bekannt) für die Umstellung der Hochofenroute auf die Direktreduktion ausschließlich über Wasserstoff ein H2-Verbrauch von 3425 t H2/Tag (30 800 t H2O/Tag) und ein H2-Verbrauch von 54 kg/t Stahl (da hier von Gleichgewichtsverhältnissen ausgegangen werden muss, liegen diese Werte unter Betriebsbedingungen natürlich wesentlich höher).
Damit liegen die Energiekosten auf der Basis der Stromkosten in 2023 von 12,5 Euro/kg H2 bei 54 x 12,5 = 675 Euro/t Stahl (2022 bei Energiekosten von 20,3 Euro/kg H2 bei 1096 Euro/t Stahl).
Diesen Energiekosten stehen Hochofen-seitig bei einem Koksverbrauch von 450 kg/t Roheisen und angesetzten Kokskosten von 450 Euro/t und bezogen auf eine Tonne Stahl 237 Euro/t Stahl gegenüber (die Zahlen für den Hochofenbetrieb basieren auf Jahrzehnte-langen Erfahrungen).
Daraus errechnen sich dann jährliche Ausgaben alleine für die Energiekosten
– Hochofenbetrieb 23,3 Mio.t Stahl/a x 237 Euro/t Stahl = 5 500 Mio. Euro/a
– Direktreduktion Basis 2023: 23,3 Mio.t Stahl/a x 675 Euro/t Stahl = 15 700 Millionen Euro/a, d.h. etwa 10 Milliarden Euro/a höher gemessen am Hochofenbetrieb (2022: Mehrkosten etwa 20 Milliarden gemessen am Hochofenbetrieb)
Diese Mehrkosten verstehen sich ohne die Kosten für die Erzeugung von grünem Strom über Wind und Sonne, die Wasseraufbereitung, die H2-Darstellung in H2-Elektrolyseuren, die H2-Speicherung sowie den H2-Transport innerhalb Deutschlands sowie Seetransporte (zahlreiche Projekte zur Herstellung von Wasserstoff in Lateinamerika, im arabischen Raum und in Afrika laufen auf Hochtouren).
1.Einleitung
Die Transformation der Stahlindustrie lässt sich der Staat viele Milliarden Euro kosten: Salzgitter, Thyssenkrupp und auch die Saarstahlholding haben ihre Förderbescheide, jetzt darf auch Arcelor Mittal damit rechnen.
Die Stahlindustrie in Deutschland verursacht knapp 30% der CO2-Emissionen der Industrie und leidet unter den hohen Energiepreisen in Deutschland.
Auch die „Kraftwerksstrategie“ (ein weiterer Sektor) sollte – als Vorrausetzung für den Ausstieg aus der Kohle wie der Atomenergie – bisher schon in 2030 umgesetzt sein, nun soll die Stromerzeugung nach einer neuen Zielmarke in 2035 klimaneutral sein. Ursprünglich waren zur Abdeckung der Stromleistung in Wind- und Sonnen- armen Zeiten 50 neue Gaskraftwerke vorgesehen (25 GW), nun sollen in einem ersten Schritt kurzfristig 10 GW ausgeschrieben werden, die nach 2035 vollständig auf Wasserstoff umgestellt werden sollen – erschreckend wenig für die bis dahin geforderten Stromverbräuche. (1)
Dabei fehlt es nicht an Plänen, ohne jedoch in Betracht zu ziehen, mit welchen Kosten diese Umstellungen auf Wasserstoff verknüpft ist.
Im Folgenden wird dieser Frage nur für die aufzubringende Energie für die Umstellung der Stahlindustrie auf die Wasserstofftechnologie nachgegangen. Dabei soll die Hochofen- Route ersetzt werden durch das Direktreduktionsverfahren unter ausschließlicher Nutzung von Wasserstoff.
Bezüglich der Kosten für die Herstellung von Wasserstoff gibt es im Schrifttum eine Reihe von Angaben, die in weiten Grenzen schwanken:
2.2.Kostenvergleich Hochofen-Route mit dem Direktreduktionsverfahren mit ausschließlichem Wasserstoffeinsatz – wo müsste der Preis für Wasserstoff nur auf Basis der Energiekosten liegen, um Kostenparität mit dem Hochofen zu erzielen
3. Schlussbetrachtung
Bei dieser Betrachtungsweise fehlen die erheblichen Kosten für die Herstellung von grünem Strom (vgl. später), die Kosten für die Beschaffung von sauberem Wasser, die Wasserstoffherstellung über H2- Elektrolyseure, die H2-Speicherung sowie die Transportkosten innerhalb Deutschlands sowie Seetransporte (zahlreiche Milliarden-Projekte in Lateinamerika, im arabischem Raum sowie in Afrika laufen auf Hochtouren).
Die hier durchgeführten Berechnungen zeigen erneut den hoffnungslosen und planlosen Umgang dieser Regierung in Energiefragen. Da ist es nicht verwunderlich, dass die Energie-intensiven Industrien ins Ausland abwandern, die Direktinvestitionen aus Deutschland ins Ausland bei der gegebenen Unsicherheit massiv zunehmen und die Direktinvestitionen aus dem Ausland nach Deutschland gegen null gehen.
Über die Marginalität des anthropogenen CO2-Anteiles am CO2-Anstieg der Atmosphäre ist in früheren Arbeiten berichtet worden, insbesondere der Deutschlands (Bild 1). (7)
Bild 1: Entwicklung des CO2-Anstieges der Atmosphäre sowie der Beitrag der weltweiten anthropogenen CO2-Zunahme zu diesem Anstieg
Die hier diskutierten Maßnahmen zur Umstellung der Stahlerzeugung auf die Wasserstofftechnologie ebenso wie die Umstellung aller übrigen Sektoren auf Wasserstoff sind bezogen auf den CO2-Anstieg der Atmosphäre vernachlässigbar, zumal der Anteil Deutschlands an den in Bild 1 dargestellten weltweiten anthropogenen CO2-Emissionen nur bei 2% liegt. Damit ist auch die Aussage des IPCC zur Wirkung des anthropogenen CO2-Eintrages auf das Klima widerlegt.
Der einzige Weg zur Absenkung der Energiekosten wie der Stabilisierung der Stromnetze ist die Stromerzeugung mit fossilen Energierohstoffen sowie die Stromerzeugung über Kernenergie, d. h. die sinnlose ideologische Verteuerung des Stromes über CO2-Zertifikate muss zwingend ein Ende haben, bevor Deutschland gänzlich verarmt.
Schließlich kostet die Stromerzeugung aus heimischer Braunkohle 3 ct/KWh und wird durch die CO2-Abgaben z.Z. bereits um 6 ct/KWh verteuert.
Für die Verteuerung des Strompreises über Strom aus Wind und Sonne gilt u.a.: die Windanlagenbetreiber erhalten eine garantierte Einspeisevergütung von 7,35 ct/KWh, die Solaranlagenbetreiber von 11-13 ct/KWh – weit entfernt von den 3 ct/KWh bei der Stromerzeugung aus Braunkohle.
Aussagen, dass der Zubau von erneuerbaren Energien über Wind und Sonne zu einer Verbilligung der Stromerzeugung führen, gehören in den Bereich einer geradezu Märchen-haften Ideologie.
4. Quellen
1. Beppler, E.: “In Dubai priorisierte der Kanzler die Umstellung der Stahlerzeugung auf die H2-Technologie – aber wo sollen die geforderten 6 000 t H2/Tag dargestellt werden.“ EIKE, 12.01 2024
2. FAZ, 05.12.2023
3. Waniczek, H.: „Wasserstoff, der Retter der Energiewende“, EIKE, 17.12.2022
4. Goreham, St.: „Grüner Wasserstoff benötigt gewaltige Subventionen“, EIKE, 25.10.2023
5. Meyer-Gosh, S.A.: Stahl und Eisen, Dezember, 2023
6. Menton, F.: „Wenn man die Zahlen betrachtet, ist grüner Wasserstoff ein Fehlschlag.“ EIKE, 19.02.2024
7. Beppler, E.: „Zur (absurden) Meinung des IPCC, der CO2-Anstieg sei ausschließlich menschgemacht“; EIKE, 11.04.2022
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Im Artikel wird mit dem Industriestrompreis von 2023 gerechnet => 26,5 ct je kWh.
Der aktuelle Industriestrompreis bei EOn liegt (fix für die nächste 3 Jahre) bei 11,6 ct je kWh.
Der Preis wird von EON bereits online (30.05.24) für einen Verbrauch von 900.000 kWh im Jahr angeboten.
https://www.eon.de/de/gk/strom/industriestrom.html
Von diesem Preis bekommen Großverbraucher ca. 20% zurück. D.h.der Preis liegt bei 9,3 ct je kWh.
=> 4,37€ je kg H .
Dies ist bereits der für Kostenparität in diesem Artikel geforderte Preis !
Eigen-Touché: Die korrekte Formulierung muss freie Reaktionsenthalpie lauten, die die Entropie beinhaltet ΔG = ΔH – T · ΔS
Auch wenn Herr Beppler sich mit Kommentaren von mir nicht mehr befassen wird, muss er zugeben, dass bei den ganzen Argumentationen lediglich die Reaktionsenthalpie beachtet wurde. Die Reaktionsenthalpie, die besonders bei den Temperaturen bei der Eisengewinnung gleich nach welchem Verfahren rechnerisch eine noch größere Rolle spielt ist bisher nicht berücksichtigt und verschiebt die endergonischen Verhältnisse noch weiter zu Gunsten der Reduktion mit Wasserstoff.
Es wird längst witzlos! Nach „Krümeln“ hier suchen die eventuell vage irgendwelche Zeifel auslösen sollen aber selbst gar keine eigene Berechnung zusatndekriegen. Dazu mit Begriffen und Lehrbüchern um sich werfen, ohne konkreten Bezug auf Orte und Werke, wo dies – also das Erzeugen von Eisen und Stahl mit Wasserstoff – das überhaupt schon läuft, funktioniert und die Kosten aufzeigtzeigt.
Auch die KERNFUSION, wie im Innern der Sonne, ist in der Theorie schon fast simpel einfach! So eine Kernverschmelzung können sogar mittelprächtige Schüler in Physik noch auf einer Schultafel vereinfacht darstellen. Nur funktioniert sie in der realen ANWENDUNG bisher leider nur extrem kurz. In der Sonne drin, braucht man ja keine ultrastarken Magnetfelder dafür aber auf diesem Planeten dann schon. Ansonsten droht diesem Planeten dann wirklich ein „Hitzetod“ aber der dann hierbei gleich um ein paar *hüstel* Grad heisser und viel schneller…. – Soviel zur „Theorie“ und auch zu „Wärmepumpen mit rechnerisch abenteuerlichen‘ Wirkungsgraden (sind dann ja schon gaaanz nahe am Perpoetuum mobile…)…
Der Kommentar ist auch textklich in Bezug auf den Artikel oben derart „TOLL“ dass man schon fast wieder darüber lachen muss.
Wer weiter unten pektisch (fast) sämtlichen EIKE-Autoren hier „KEINEN SACHVERSTAND“ pauschal andichten will, braucht wirklich gar nicht mehr beachtet zu werden. Dazu noch an anderer Stelle sogar noch das „auf Menschen reagierende millionenfach schnellere Pflanzenwachstum“ hingestottert, zeigt noch deutlicher, was Konmmentare unter einem „Nick Wilfris Stephan“ demnach wert sind: 0
Werner Eisenkopf
Leute, es ist doch ganz einfach. Die Industrie soll abgeschafft werden. Die H2-Möglichkeiten sind wiederum nur eine Beruhigungspille für die Allgemeinheit. Man möchte die erwartbaren Aufstände im Volk solange wie möglich hinauszögern, bis alles unwiederbringlich kaputt gemacht worden ist. Sag ich’s halt nochmal. Hört ihnen einfach nur zu und glaubt, daß sie es genau so meinen wie sie es sagen. Das alles verläuft planmäßig! Da ist nichts dumm oder unwissenschaftlich. Jedenfalls nicht vom Kern her. Politiker oder Wissenschaftler die dabei aus unterschiedlichen Gründen mitmachen sind nur der sichtbare Anteil des Ganzen.
Eine überzeugende Nachrechnung des Wasserstoff-Irrsinns. Das Vertreiben der energieintensiven Industrie ist in Absurdistan offenbar einkalkuliert. Denn kein Land der Welt kann sich auf Dauer die erforderlichen hohen Subventionen leisten. Optimisten hoffen, dass wir den Verlust durch neue, innovative Industrien ausgleichen. Angeblich seien wir in KI so gut, hieß es neulich im Staatsfernsehen.
Die (wünschenswerte) Kleinrechnung des anthropogenen CO2-Beitrags wird nicht so leicht gelingen, wie es der Autor glaubt. Die andere Frage ist, ob und wieweit das wertvolle, lebenswichtige Spurengas CO2, das bereits immer knapper wurde, tatsächlich das Klima beeinflusst – zumal weitgehend spektroskopisch gesättigt. Ich weiß, Grüne und Alarm-„Forscher“ haben hier die einzig wahre „Wahrheit“ gepachtet und die Partei hat immer recht!
Eine excellente und fachimhaltlich schlüssige Fleißarbeit des Autors. Wer diese inhaltlich beggrieft oder gar nachberechnen kann, wird nie mehr von einer „Wasserstoffzukunft“ reden.
Leider werden 99% der Bürger und 99,99% der Ampelpolitiker, diese Rechnung nicht verstehen.
Dazu den Sinn nicht verstehen oder besser bicht verstehen wollen. Daher wird das H2-Märchen leider wohl blind fortgesetzt werden, dazu Millarden verbraten um am Ende all die heute noch in Betrieb befindlichen europäischen Stahlwerke, nach Auslauf der nicht mehr bezahlbaren Dauer-Subvetionen. nur noch als „Technikmuseen“ übrigbleiben.Mitv“Wertschöpfung“ ist es dann vorbei. Dier heute so „wasserstoffgeilen“ Spitzenmanager der Stahlondustrie, sind dann längt emigriert in die Karibik. Die ebenfalls „wasserstoff- und klimaschützerischgeilen“ DGB/IGM-Spitzengewerkschafter sind dann irgendwo in Spanien… Es ist wirklch zum…
Werner Eisenkopf
P.S.: Schon mit „nur“ konventionellem Stahl, sind Europäische E-Autos ungleich teurer als etwa chinesische Autos. Mit SOLCHEM H2-Stahl gebaut, wie im Aerikel beschrieben, werden sogar „unsere Kleinwagen“ dann kostenmässig zu unbezahlbaren Luxusautos. Man meint bald, dass die ganze Industriepolitik in der EU, einem „Drehbuch“ folgt, dessen Ziel die Selbstzerstörung Europpas ist und die so von gewissen feindlichen Geheimdiensten zusammengeschrieben worden sein müsse….
Herr Dr. Beppler, Sie haben völlig Recht. Allein wegen der enormen Erhöhung der Energiekosten ist die Produktion von grünem Stahl chancenlos. Der vernachlässigbare Klimaschutzeffekt, für den solcher Unsinn ja gemacht werden soll, bleibt hier noch ausssen vor. Deshalb erlaube ich mir, diesen im Kommentar zum Beitrag von Prof. Appel genannten zu wiederholen: Hinsichtlich des Effekts von CO2-Reduktion gilt dass 10 Mio. tCO2/a im Dauerbetrieb (d.h. langfristig im Gleichgewicht) nur knapp 1/10.000 Grad bewirken. Und solange vielleicht noch mit Gas und CCS gearbeitet werden soll: ORCA in Island schafft z.B. bei 4000 tCO2/a (zu gut 500 €/t bei Entnahme aus der Luft) langfristig nur 36 Milliardstel Grad.
Wenn Stahl durch die Erzeugung mit H2 wesentlich teurer wird als konventionell, ist die Methode zum Sterben verurteilt, bevor sie sich verbreiten kann.
Es wird auf der Erde immer Produzenten geben, die in diesem Fall billiger produzieren. Und teurer Basisstahl verteuert natürlich auch alle Fertigprodukte, was ununterbrochenen Rückgang der Kaufkraft bewirkt, was man auch Verarmung nennen kann.
Aber klar, die grundsätzlichsten wirschaftlichen Zusammenhänge kann man Politikern nicht vermitteln, wenn sie im Alleingang die Welt retten wollen …
Da spendiert man lieber viele Milliarden an sicher eintetendem „Stranded Investment“ aus Steuern, um danach erst recht mit leeren Händen dazustehen, nur eben auch ärmer!
Wie kommt eigentlich der für Stahl und Gußeisen nötige Kohlenstoff in die Schmelze?
Hallo,
die Frage ist leider etwas zu vage gestellt, um dazu näher zu antworten. Bitte konkreter werden. Ist die Frage etwa in Richtug „Kokskohle“ gedacht?
Geht es um die chemischen Vorgänge an sich oder um welche Prozesse dabei ablaufen, mit welchen Materialien? Es gibt ja NICHT nur DEN EINEN Prozeß und die eine Erzeugung, sondern völlig unterschiedliche Formen von Gusseisen und Stählen. Von „einfachen“ Sorten Gusseisen, bis hoch zu Spezialstählen. Selbst das profane „Eisen“ ist in völlig unterschiedliuchen Zuständen erzeugbar. Von der Ferrit-Autoantenne, über feine oder klotzige Werkstücke bis hinunter zu (winzigen) Eisenanteilen in Medikamenten. In einem Lehrbuch steht zur Stahlerzeugung pauschal:
„Um Stahl herzustellen, braucht man Eisenerz, Kohle, Kalk und Ferrolegierungen: Aluminium, Chrom, Mangan, Silizium, Titan, Vanadium und einige mehr.“
Schrott steht da nicht mal dabei, ist aber notwendig. Dabei gibt es ja auch „Kalk“ in unterschiedlichen Zusammensetzungen und etwa für „Chrom-Nickel-Stahlkugeln oder -Werkzeuge ist man blöde dran ohne Nickel. Wenn China etwa die Lieferung von Magnesium einstellen würde, wären einige Monate später, leider sämtliche europäische Aluminiumwerke zwangsstillgelegt. Alles Dinge, die vorherige Kinderbuchautoren oder Juristen, in neuen Rollen als „Wirtschaftsminister“ eigentliuch erst einmal grundlegend lernen müssten….
Vielleiucht hilft DAS hier auch zunächst ein klein wenig weiter?
https://www.chemie.de/lexikon/Eisen-Kohlenstoff-Diagramm.html
Noch ein Schmankerl, was dabei an irren Ergebnissen herauskommt, wenn Ideologen ohne fachliche Ahnung, die Stahlerzeugung von Ländern politisch bestimmen (Nein! Das bezieht sich NOCH nicht auf die deutschen GRÜNEN !) kann man zu Maos China nachlesen. Etwa im Buch von Frank Dikötter: Maos Grosser Hunger, (ISBN.978-3-608-94844-8) – ab Seite 98, „Stahlfieber“ was dort ab 1957 passoerte…
Werner Eisenkopf
Vielen Dank Herr Eisenkopf führ Ihren Kommentar.
Einen winzigen Einwand habe ich allerdings: Eine „…Ferrit-Autoantenne…“ gibt es nicht. Eine Ferrit-Antenne reagiert auf die magnetische Komponente eines elektromagnetischen Feldes. In einem Auto mit Stahlblechgehäuse wäre der Effekt marginal.
Absolut richtig! Sorry! Es sollte FERRITSTABANTENNE heißen und ist mir durchgerutscht, auch weil ich dies Alles dabei recht schnell nur aus dem Kopf geschrieben hatte. Ich hatte da wohl schon die Kohlenstoff-Unterschiede bei Eisen im Kopf: Ferrit-Perlit-Austenit…
Bei Interesse können Sie dazu hier mehr nachschauen:
https://www.interstahl.com/wiki/eisen-und-stahl/
Werner Eisenkopf
Die Herstellung von *Weicheisen* also wirklich (fast) reinem Eisen, dürfte der Vorposter nicht gemeint haben.
Aber alles!, was *Stahl* genannt wird, wird erst durch die Hinzulegierung von Kohlenstoff zum Eisen zu Stahl. 2.1% ist die Grenze, dann Gusseisen, vorwiegend mit etwas über 4% C (eutektische legierung), damit wird der niedrigste Schmelspunkt erreicht (1160°, wenn ich noch recht erinnere).
ja, wie kommt nun der Kohlenstoff in diese Stahl- und Gusseisenlegierungen beim H2- Direktreduktionsverfahren?
Sorry aber erst jetzt verstehe ich, worauf diese Frage, wohl auch von Herrn Mahnken bezogen war. Demnach fragen Sie salopp und berechtigt:
„WIE KOMMR BEI ‚CO2-FREIEM PROZESS‘ DER KOHLENSTOFF IN DAS EISEN?“
Tja, ohne CO-Anteile gibt es keinen Stahl aus dem Eisen. Da bleibt auch mir erst mal rätselhaft, wie das technisch genauer gehen soll? Thyssenkrupp hat im März 2023 den folgenden Artikel publiziert:
https://www.thyssenkrupp-steel.com/de/newsroom/pressemitteilungen/thyssenkrupp-steel-vergibt-milliardenauftrag-fuer-direktreduktionsanlage-an-sms-group.html?mtm_campaign=19878741961&mtm_kwd=Direktreduktionsverfahren%20stahl&mtm_source=google&mtm_medium=cpc&mtm_group=154839545926&mtm_content=afact&keyword=direktreduktionsverfahren%20stahl&device=c&network=g&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMIwKiQ0uzShAMVmK6DBx0jkQ4wEAAYASABEgKaffD_BwE
Da bleibt dies Alles nur diffus. Vorher, schon im April 2022 hat der VdI in einem Artikel zwar die Bearbeitung mit Eisenschwamm grundätzlich beschrieben:
https://www.vdi-nachrichten.com/technik/werkstoffe/direktreduktion-diese-technik-wird-den-hochofen-beerben/
Doch auch hier, geht es eigentliuch nur um die Eisen-Gewinnung über Eisenschwamm, nicht aber um die Weiterverarbeitung zu den Stählen. Im VdI-Text steht das so:
„Eine Direktreduktionsanlage ist ein Schachtofen. Oben werden Eisenerz-Pellets eingefüllt, die kontinuierlich hinunter sacken. Zeitgleich strömt Reduktionsgas – Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) – den Ofen hinauf. Das Gas beraubt das Eisen der Sauerstoffatome. So wird aus Fe2O3 erst Fe3O4, dann FeO und schließlich Fe, also Eisen mit ein bisschen Kohlenstoff, das unten als fester, kugelförmiger Eisenschwamm herausfällt. Dieses reduzierte Eisen wird im Stahlwerk anschließend zu Stahl legiert.“
Bei dieser „Erklärung“ die ich auch erstmals sehe, fällt mir noch etwas auf. So wie das beim VdI beschrieben ist, kann es gar nicht funktionieren! Wenn von „oben“ Eisenerzpellets eingefüllt „runterfallen“ und von unten nur Gas hochströmt, bedeutet dies noch keinen „Brand“ oder „Prozess“ ohne zusätzliche Maßnahmen. Die Eisenerzpellets würden einfach runterfallen und das Gas nach oben unverändert austreten. Offenbar hat man auch beim VdI, als Vertretung der deutschen INFENIEURE, noch gar nicht gemerkt, was man dazu für einen umvollständigen Mist schrieb. Doch es geht noch weiter.
WIE das „Eisen mit ein bischen Kohlenstoff“ dann aber „im Stahlwerk“ genau zu den diversen benötigten Stahlarten „legiert“ werden soll -also die FRAGE im Raum- , steht da nirgends dabei. Insofern ist diese Frage auch voll berechtigt! Es ist auf jeden Fall NICHT CO/CO2-frei und dazu aberwitzig teuer. Ob überhaupt irgendwo auf dem Planeten zumindest eine kleine Versuchsanlage existiert, bei der wirklich all diese Schritte, bis zum fertigen Spezialstahl als reale Anwendung läuft, ist mir nicht bekannt und war bis jetzt auch nicht zu recherchieren. Mein eigenes „Latein“ ist hier am Ende. Sorry dass ich es hier jetzt nicht besser konnte.
Sicherlich kann. der Artikel-Autor, Dr.-Ing. Beppler, dies Alles ungleich besser erklären.
Werner Eisenkopf
„.. Wenn von „oben“ Eisenerzpellets eingefüllt „runterfallen“ und von unten nur Gas hochströmt, bedeutet dies noch keinen „Brand“ oder „Prozess“ ohne zusätzliche Maßnahmen.“
Naja, das zumindest sollte prozesstechnisch kein Problem sein: der (im unteren Teil konische)Schachtofen wird komplett mit Erzpellets befüllt, in die Reaktionszone in der Mitte das Reduktionsgas eingeblasen und dann der kontinuierliche Betrieb aufgenommen, wo eben die Menge, die unterhalb der Reaktionszone lag, verworfen bzw. wieder neu oben zugeführt werden muss.
Wie auch immer: Nach dem althergebrachtem Hochofenprozess mit Koks schloss sich immer ein *Frischen* des Rohstahls an, d.h., durch Sauerstoffeinblasen in die Schmelze wurde der hohe Kohlenstoffgehalt (u.a., z. B. Silizium) gezielt vermindert.
Im Direktreduktionsverfahren mittels Erdgas (reformiert, d.h. aufgespalten in H2 und Co) gewonnener Eisenschwamm soll C- Gehalte von 0,5 bis 3% aufweisen. Könnte also direkt verwendet werden. Dieser erdgasbasierte Prozess soll nur die Hälfte an Co2 emmitieren wie der koksbasierte Hochofenprozess.
Ist das Direktreduktionsverfahren H2 basiert, müsste der C- Gehalt des Eisenschwamms nahe 0 sein.
Vermutlich muss dieser Ausgangsstoff dann im Lichtbogenofen zusammen mit anderen, höher kohlenstoffhaltigem Rohstahl aus anderen Prozessen oder Schrott verarbeitet werden. Ich weiss das wirklich nicht und finde, wie Sie, zu diesem Punkts nichts substantielles.
Es gibt bei dieser Direktreduktionssache aber noch ein Problem: Da bei der Direktreduktion keine Schmelze entsteht, sind alle Erz- Nebenbestandteile (die Berg und Hüttenleute sagen *Gangart* dazu), im Eisenschwamm enthalten, und nicht wie im Hochofenprozess bereits als erste Schlacken abgetrennt. Ob das so gut ist für die Weiterverarbeitung, ich weiss es nicht…
Alles in allem ist der Weg über die Direktreduktion irgendwie die Herstellung von Chamgner- Stahl. Mittels H2 ganz ohne Zweifel. Also: „Schampus für Alle! Habeck zahlt!“
Der Eisenschwamm wird wohl kaum Kohlenstoff enthalten.
Aber er muss im Elektroofen eingeschmolzen werden, wobei in der flüssigen Phase die gewünschten Elemente zugegeben werden können.
Der erste Beitrag in EIKE, den ich gelesen habe, bei dem der Autor tatsächlich Sachverstand besitzt. Beim gedanklichen Überschlag der Atommassen und stöchiometrischen Verhältnisse sind die angegebenen Massenverhältnisse der Synthesen schlüssig.
Nett, alle bisherigen Kommentare gelesen zu haben.
Aber damit endet mein Zuspruch auch schon. Was ist „Hochofenroute“, wahrscheinlich meint Herr Beppler Hochofenroutine. Wenn er den technischen Gesamtvorgang meint, muss er alle chemischen Reaktionen und deren Reaktionsenergien im Prozesses in seiner Argumentation berücksichtigen.
Zweifelsfrei ist die Wasserstoffsynthese in der zukünftigen Eisenerzeugung der energieaufwändigste Prozess. Andererseits wird durch die Reduktion von Eisenoxid mit Wasserstoff mehr Energie frei, als bei der Reduktion mit Kohle/Koks. Damit wird die energetische Gesamtbilanz zu Gunsten der Wasserstoffreduktion verschoben. (Alle die es nicht wahrhaben wollen können dies in Standardwerken der Anorganischen Chemie, z.B. Hollemann-Wiberg, selbst nachlesen.)
Dass Prof. Dr. Eppler in seiner Argumentation als Energieeinheit auch noch Kalorien verwendet, sei ihm verziehen, Thermodynamik mit Energetik gleichzusetzen ist fachwissenschaftlich jedoch unverzeihlich.
Nur am Rande:
Gleich ob klassischer oder wasserstoffbasierter Hochofenprozess, für die Stahlproduktion ist nach der Roheisenproduktion die nachfolgende Konvertierung erforderlich
Die Form der Darstellung chemischer Gleichungen würde heute kein Pennäler irgendeiner Lehrperson verzeihen emeritierten Professoren sei dies verziehen.
Hier ein paar Kommentare zu den Aussagen des Herrn W. Stephan:
1. Beitrag Beppler 01.03., 17.00 Uhr:
„Aber er (der Eisenschwamm) muss im Elektroofen eingeschmolzen werden, wobei in der flüssigen Phase die gewünschten Elemente zugegeben werden können“
Beitrag Stephan dazu am 01.03., 23.06 Uhr:
„Das Zeug (gemeint sind Legierungselemente) wird mit den notwendigen Zuschlägen von oben per Förderband in den Hochofen geworfen.“
Stellungnahme Beppler:
Schon aus Gründen der Umwelt sind Schachtöfen an der Gicht verschlossen, häufig wird mit Gegendruck gearbeitet.
2. Beitrag Stephan am 01.03., 23.28 Uhr
„Aber damit endet mein Zuspruch auch schon. Was ist „Hochofenroute“, wahrscheinlich meint Herr Beppler Hochofenroutine. Wenn er den technischen Gesamtvorgang meint, muss er alle chemischen Reaktionen und deren Reaktionsenergien im Prozesses in seiner Argumentation berücksichtigen.“
Stellungnahme Beppler:
Die Begriffe „Hochofen-Route“ und „Hochofenroutine“ zu erläutern, möchte ich mir ersparen.
Die für die Betrachtung eines Schachtofens mit Wasserstoff notwendigen Reaktionen und Reaktionsenergien unter Gleichgewichtsverhältnissen stehen im Text, wobei die Betrachtungen unter Gleichgewichtsverhältnissen unter den Verhältnissen eines durchströmten Schachtofens nur stets Mindestwerte darstellen können. Herrn Stephan ist anzuraten: „Erst lesen, dann schreiben“.
3. Beitrag Stephan am s.o:
„Dass Prof. Dr. Eppler in seiner Argumentation als Energieeinheit auch noch Kalorien verwendet, sei ihm verziehen, Thermodynamik mit Energetik gleichzusetzen ist fachwissenschaftlich jedoch unverzeihlich.“
Stellungnahmen Beppler:
Thermodynamische Daten beinhalten stets Energieänderungen, die bei chemischen Reaktionen auftreten.
Das ist einfachste physikalischen Chemie und wird schon in unteren Schulklassen gelehrt.
4. Beitrag Stephan am s.o.:
„Die Form der Darstellung chemischer Gleichungen würde heute kein Pennäler irgendeiner Lehrperson verzeihen, emeritierten Professoren sei dies verziehen“
Stellungnahme Beppler:
Diesen Unsinn hatte freundlicherweise bereits Herr Werner Eisenkopf kommentiert (sein Beitrag 02.03., 11.47 Uhr), dem habe ich nichts hinzuzufügen.
Zum Schluss sei bemerkt:
Ich werde mich in künftigen Berichten für EIKE mit Kommentaren der Art eines Herrn Stephan nicht mehr befassen.
Danke der Ergämzungen.
Täusche ich mich jetzt gewaltig oder ist diese ganze politisch verlangte anstehende Umstellung der EU-Stahlindustrie, von Koks auf Wasserstoff, nicht nur ein gigantischer finanzieller Irrsinn, sondern sogar noch ein völliges „Blind-Herumtasten“? Also in den eigentlichen technischen Abläufen, so und überhaupt großtechnisch noch nie irgendwo real getätigte Industie-Abläufe? ??
Dazu als Abrundung mal eine Wirtschaftsnachricht aus der Stahlranche. Europas größtes Stahlwerk in Taranto (Süditalien) steht vor dem Konkurs und wurde nun unter staatliche Zwangsverwaltung gestellt. Meldung vom 21.2..2024:
https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/mehr-wirtschaft/europas-groesstes-stahlwerk-steht-vor-der-insolvenz-stahlkrise-in-italien-19536252.html
…dies auch noch OHNE den alles immens verteuernden „Wasserstoff“…
Werner Eisenkopf
GRUNDSÄTZLICHE ANMERKUNG
Der vorliegende Artikel von Dr.-Ing. Beppler, betritt inhaltlich völliges Neuland. Soviel auch seit einigen Jahren über „Umstellung der Industrie auf Wasserstoff“ in der Politik und in Managements publiziert wird, es fand sich bislang NIE eine konkretere Berechnung mit Vergleich der Kosten. Kosten der Umrüstungen selbst, als auch der Kosten im nachherigen Folgebetrib, sofern der überhaupt glücken würde. Immer nur vage Schätzungen, die zudem auch noch von „steter Verbilligung des GRÜNEN Wasserstoffs“ in der Zukunft, als Mantra ausgehen.
Eigentlich müssten die „FORDERER der Umstellung“ selbst, solche Zahlen und Berechnungen bringen, sie tun es aber nicht und können es sicherlich auch gar nicht. Die „Maßnahmen der (angeblichen) Klimarettung“ sollen einfach ungehemmt astronomische Summen kosten dürfen, ohne Infragestellung. Desweiteren ohne nähere Betrachtung der Effekte und Effizienzen, auch im Verhältnis zu den Kosten.
Hier ist es Herrn Dr.-Ing. Beppler zu danken, dass er sich an diese ganz neue Aufgabe heranwagte, such eine eigene erste Form von Berechnungen dafür auszudenken und diese auch zu machen, die man hier im Artikel oben sieht.
Seit gestern ist dieser Artikel mit „Kommentaren Wilfrid Stephan“ versehen, der seit recht kurzer Zeit in nun fast Allen neueren EIKE-Artikeln, wie eine wandelnde Mischung aus TROLL/BOT/U-Boot/Superwissenschaftler/Besserwieser/Beleidiger etc. auftritt. So ein „Gebilde“ erdreistet sich hier auch noch, den seit Jahrzehnten im Stahlbereich beruftlich tätig gewesenen Dr.-In.Beppler wie einen „Schuljungen“ zu verhöhnen so etwa:
„Die Form der Darstellung chemischer Gleichungen würde heute kein Pennäler irgendeiner Lehrperson verzeihen emeritierten Professoren sei dies verziehen.“
Ach wie großzügig somit hier ein völlig unbekanntes, wermutliches mit KI-Hilfe betriebenes BOT-Gebilde, hier einen absoluten fachlichen Praktiker und Stahl-Fachmann, ganz plump zu blamieren versucht. Da ist wirklich die Frage, ob dies so bei EIKE einfach weiter so frech laufend, auch akzeptiert werden kann. Haben wir hier inzwischen eine „BOT-KI-Narrenfreihheit“?
Tatsache ist auch, dass all die „Schreier nach Wasserstoff-Umstellungen“ noch keine einzige Berechnung jemals zu den Kosten publiziert haben und sowas als Quelle oder als Link nennen können. Solange dies aber nicht der Fall ist und die vorliegende Arbeit in diesem Artikel von Dr.-Ing. Beppler damit wohl als bisher Einzige dieser Art dasteht, gehört jede Verhöhnung zurückgewiesen!
Entweder man stelle plausibe konkrete GEGENRECHNUNGEN auf oder man „halte das freche Maul“!
Dazu sollte noch ein Warnschuss in Richtung dieser ganzen CO2-Politik gehen. All diese immens teuere Umstellung der Industrie – an den sie weltmarktmässig kaputtgehen muss – soll ja angeblich wegen „CO2-Reduzierung“ erfolgen, ganz egal ob dieses CO2 überhaupt irgendeine Rolle auf das „globale Wetter“ spielt oder nicht.
Wenn also schon der „Stahlbereich“ demnach „CO2 einsparen“ soll, muss man auch berücksichtigen, dass andere Länder NICHT ihre Stahlproduktion auf Wasserstoff umstellen werden. Auch nicht inZukunft, was allein bei China, Indien, Russland, Südkorea usw. schon jetzt klar ist. Somit bei Vier-Fünfteln der weltweiten Stahlproduktion ist dies bereits fix.
Das größte Stahlwerk Europas in Taranto, steht vor dem Konkurs, Thyssen-Krupp, machte gerade 2 Milliarden Euro Verlust und die Stahlwerke Chinas sind gern bereit, die kaputtgehenden Europäer abzulösen mit ihren eigenen Stahl. Indien übriugens auch. Schon jetzt produziert China, etwa 20x (zwanzigmal) soviel Stahl in jedem Jahr, als Deutschland! Wenn also deutscher Stahl „durch Umstellung auf (GRÜNEN) Wasserstoff“ nachher auch noch MINDESTENS 5-10x so teuer würde, wie derzeit, kann man die Hochöfen auch gleich erkalten lassen und sich diese Geldverbrennung der H2-Umstellung schlicht sparen.
Werner Eisenkopf
„Wilfrid Stephan am 1. März 2024 um 23:28
Der erste Beitrag in EIKE, den ich gelesen habe, bei dem der Autor tatsächlich Sachverstand besitzt.“
Wie heißt es in den Regeln hier:
2) Vermeiden Sie Allgemeinplätze, Beleidigungen oder Fäkal- Sprache, es sei denn, dass sie in einem notwendigen Zitat enthalten oder für die Anmerkung wichtig sind. Vermeiden Sie Schmähreden, andauernde Wiederholungen und jede Form von Mißachtung von Gegnern. Auch lange Präsentationen von Amateur-Theorien bitten wir zu vermeiden. und
4. Sie können anderer Meinung sein, aber vermeiden Sie persönliche Angriffe.
EIKE hat eine größere Menge an Autoren, die teils Spitzenleistungen auf vielen Gebieten bringen.
Für manche Artikel wurde teils wochenlang recherchiert und Daten sorgfältig zusammengestellt. So auch bei mir selbst als Autor, etwa zu chinsischen Kohlekraftwerksplänen, zu Hochwassern im Ahrtal oder historischen Extrem-Trockenheiten und mehr.
Wenn dann so ein Kommentar, all diese Arbeit und Werke pauschal mit verletzenden Worten wie oben beleidigt und beschmutzt, gehören für mich diese Kommentare durch den Admin hier gelöscht bzw. nicht freigegeben. Eine Grenze ist hier eindeutig überschritten!
Werner Eisenkopf
Nein, die Frage ist nicht zu wage gestellt sondern ganz konkret!
Das Zeug wird mit den notwendigen Zuschlägen von oben per Förderband in den Hochofen geworfen.