HYBRIT – Entwicklung der wasserstoffbasierten Eisenerzeugung zur Verringerung industrieller Emissionen
Die Stahlindustrie ist seit Langem auf Kokskohle angewiesen und zählt daher zu den größten industriellen CO2-Emittenten. HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology) hat das Ziel, die Emissionen der konventionellen, kohlebasierten Eisenerzeugung zu reduzieren. In dem 2016 als Partnerschaft zwischen SSAB, LKAB und Vattenfall gestarteten Projekt wird ein Verfahren entwickelt, bei dem Kokskohle bei der Eisenreduktion durch Wasserstoff ersetzt wird, der mit Strom aus fossilfreien Quellen erzeugt wird.
Die im August 2020 eröffnete Pilotanlage in Luleå ist dafür konzipiert, ein wasserstoffbasiertes Eisenreduktionsverfahren zu testen. Dieses vermeidet die direkten CO2-Emissionen, die bei diesem Produktionsschritt durch den Einsatz von Kokskohle entstehen. In dem getesteten Verfahren ersetzt die wasserstoffbasierte Direktreduktion die herkömmliche, kohlebasierte Reduktion von Eisenerz im Hochofenprozess. Anstelle des bei der kohlebasierten Reduktion freigesetzten CO2 entsteht bei der wasserstoffbasierten Reduktion Wasser. Das im Prozess zurückgewonnene Wasser kann, abhängig von Aufbereitung und betrieblichen Anforderungen, wiederverwendet werden.
Seit 2020 wurden in der Pilotanlage mehr als 5.000 Tonnen wasserstoffreduzierter Eisenschwamm produziert. Laut dem abschließenden Forschungsbericht des Projekts konnte das Pilotprogramm die wasserstoffbasierte Eisenreduktion im halbindustriellen Maßstab demonstrieren und zu mehreren Patentanmeldungen beitragen.
Im Juli 2021 walzte SSAB in Oxelösund Stahl, der mit der HYBRIT-Technologie aus Eisenschwamm hergestellt wurde, welcher mithilfe von Wasserstoff reduziert worden war, der wiederum mit Strom aus fossilfreien Quellen erzeugt wurde. Dieser Meilenstein markierte einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung von fossilfreiem Stahl.
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HYBRIT: Größte Veränderung in der Stahlproduktion
Gemeinsam mit unseren Partnern LKAB und SSAB haben wir HYBRIT ins Leben gerufen - ein Projekt zur Herstellung von Stahl unter Verwendung von Wasserstoff anstelle von Kohle.
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Fossilfreie Elektrizität ist der Schlüssel
Die Elektrifizierung ist der Schlüssel zur Bekämpfung des Klimawandels. Das Ziel ist es, die CO2-Emissionen mehr oder weniger zu eliminieren. Sehen Sie HYBRIT - 4: Fossilfreier Strom ist der Schlüssel.
In Svartöberget, neben der Pilotanlage für Eisenschwamm in Luleå, nahm HYBRIT im Sommer 2022 eine 100 Kubikmeter fassende Pilotanlage zur Wasserstoffspeicherung in einem mit Stahl verkleideten Felshohlraum in Betrieb. Den 2025 veröffentlichten Ergebnissen zufolge erreichte die Anlage mehr als 3.800 Betriebsstunden und eine Verfügbarkeit von 94 %. Im Rahmen des Projekts wurden außerdem beschleunigte mechanische Tests durchgeführt, die Belastungen simulierten, die einem Betrieb über einen Zeitraum von 50 Jahren entsprechen.
Ziel der Speicheranlage ist es, die Wasserstoffproduktion an die Schwankungen der Strompreise anzupassen. Wasserstoff wird gespeichert, wenn die Strompreise niedrig sind, und bei hohen Preisen bereitgestellt. Der Echtzeitbetrieb auf dem Spot- und Intraday-Strommarkt hat Kosteneinsparungen von 26 bis 31 % ergeben, während Simulationen zukünftiger Szenarien Einsparpotenziale von bis zu 40 % erkennen lassen.
Die Projektpartner berichten, dass die Pilotanlage ihre technischen Ziele erreicht hat und das Speicherkonzept für eine weitere Bewertung im größeren Maßstab bereit ist, beispielsweise für Direktreduktionsanlagen. HYBRIT hat den Pilotbetrieb bis 2026 verlängert, um die Auslegung weiter zu optimieren und die Voraussetzungen für zukünftige Wasserstoffspeicher im kommerziellen Maßstab zu schaffen.
Vom Pilot- bis zur Demonstrationsphase
Im März 2021 wurde Gällivare als Standort für die erste HYBRIT-Demonstrationsanlage ausgewählt. Ursprünglich war eine jährliche Produktion von 1,3 Millionen Tonnen Eisenschwamm ab 2026 vorgesehen, die bis 2030 auf 2,7 Millionen Tonnen steigen sollte. LKAB ist Hauptentwickler und Empfänger staatlicher Beihilfen und hat im Mai 2023 die entsprechenden Genehmigungsanträge eingereicht.
Frühere Projektszenarien gingen davon aus, dass eine HYBRIT-basierte Produktion im angenommenen Umfang jährlich 35 bis 50 Millionen Tonnen CO2-Emissionen im Vergleich zur konventionellen, kohlebasierten Eisenerzeugung vermeiden könnte. Diese Schätzung hängt jedoch vom jeweiligen Ausbauszenario, den Produktionsmengen, der Stromversorgung, dem Vergleichsmaßstab sowie den geografischen Systemgrenzen ab.
Nach Abschluss des ursprünglichen Pilotprogramms wurde die Arbeit an einer möglichen industriellen Umsetzung fortgesetzt. Dazu gehören die Planung von Demonstrationsanlagen, der Aufbau von Wasserstoff- und Strominfrastruktur, Genehmigungsverfahren sowie weitere Voraussetzungen für eine kommerzielle Produktion.
