Eine Tür zur Zukunft – wie eine Wehrklappe das Potenzial von fossilfreiem Stahl verdeutlicht

Manchmal sind konkrete Vergleiche notwendig, um das Ausmaß einer Sache zu verstehen. Vattenfall wird eine Wehrklappe aus fossilfreiem Stahl, die beim HYBRIT-Partner SSAB bestellt wurde, für den Einsatz im Wasserkraftwerk Stornorrfors herstellen. Sie wird 120 Tonnen wiegen. Das entspricht etwa 60 Autos. 

Die 21 Meter hohe und 10 Meter breite Wehrklappe dient zur Regulierung des Wasserflusses in Wasserkraftwerken, beispielsweise wenn diese nicht in Produktion sind. Sie soll 2028 installiert werden und 2029 in Betrieb gehen. Stefan Tyrbo ist Projektleiter bei Vattenfall für das Wehrklappenprojekt. 

„Bis dahin ist es ein komplexer Prozess. Der Bau selbst ist natürlich aufwendig, aber auch die Logistik und die Installation erfordern viel Planung. Bei so großen Bauteilen wird beispielsweise vermutlich ein Spezialtransport erforderlich sein, je nachdem, wie groß die Teile sind, die wir vor dem Transport in der Werkstatt zusammenbauen."

Tyrbo nennt eine Reihe weiterer Faktoren, die den Prozess beeinflussen werden. Die Klappe muss hohen hydraulischen Kräften standhalten können und erfordert sorgfältige Berechnungen, beispielsweise in Bezug auf Festigkeit, Korrosionsschutz und Kavitation. Auch die Fertigung erfordert große Präzision beim Schweißen und bei der Qualitätskontrolle.

Die Tatsache, dass das Wasserkraftwerk in Stornorrfors außerhalb von Umeå im Nordosten Schwedens ausgewählt wurde, ist vor allem auf den Zeitpunkt zurückzuführen. 

„Es ist nicht sehr verbreitet, Wehrklappen in Wasserkraftwerken zu ersetzen. Wenn die neue Klappe einbaufertig ist, wird die derzeitige seit über 70 Jahren in Betrieb sein. Dank regelmäßiger Wartung, Inspektionen und punktuellen Eingriffen funktioniert die bestehende Klappe noch gut, aber nun hat sie ein Alter erreicht, in dem eine umfassende Renovierung oder ein Austausch erforderlich ist, um den modernen Anforderungen an die Sicherheit und Funktion von Wehren gerecht zu werden. Die neue Wehrklappe ist so konzipiert, dass sie bis zum Jahr 2100 funktioniert, bevor sie möglicherweise ersetzt werden muss. Das ist ziemlich atemberaubend.“

Der Übergang verlangsamt sich – vorerst

Die Wehrklappe aus Stahl, die im Rahmen der HYBRIT-Kooperation zwischen Vattenfall, dem Stahlhersteller SSAB und dem Bergbauunternehmen LKAB entwickelt wurde, soll positive Signale an die Industrie senden und zeigen, was mit fossilfreiem Stahl bereits möglich ist. Laut der diesjährigen Ausgabe des Berichts „State of Climate Action“ hat sich die Entwicklung in diesem Bereich ansonsten verlangsamt. Die traditionelle Stahlproduktion ist eine der größten Quellen für Kohlendioxidemissionen. Mit Hilfe der HYBRIT-Technologie wird die Kohle im Stahlherstellungsprozess durch Wasserstoff ersetzt, der aus fossilfreiem Strom und Wasser hergestellt wird, wodurch die Kohlenstoffemissionen wegfallen. Damit könnte diese Methode die weltweiten Kohlenstoffemissionen um etwa 7 Prozent senken.

Der Auftrag für die Wehrklappe steht im Einklang mit der Strategie von Vattenfall für den fossilfreien Wandel und ist ein logischer nächster Schritt in der vertieften Zusammenarbeit zwischen Vattenfall und SSAB ab 2023.

„Dies gilt nicht nur für Stahl, sondern für die gesamte Branche, deren Transformation an Schwung verloren hat“, sagt Mikael Nordlander, Direktor für Partnerschaften bei Vattenfall. „Vor einigen Jahren gab es viele Diskussionen über Wasserstoffprojekte und ihre Rolle beim Übergang. Es wurden große Pläne geschmiedet. Jetzt ist nur sehr wenig davon umgesetzt worden, und die Entwicklung dauert länger, als viele gedacht hätten.“ 

Thomas Hörnfeldt, Vice President Sustainability bei SSAB, ist der Ansicht, dass die Rezession in Europa in Schlüsselbranchen für fossilfreien Stahl, wie dem Bauwesen und der Automobilindustrie, die Entwicklung verlangsamt hat, bleibt aber optimistisch.

„Die Nachfrage nach fossilfreiem Stahl steigt. Ich glaube, niemand auf der Welt zweifelt an diesem Trend. Allerdings schreitet er derzeit etwas langsamer voran als noch vor zwei Jahren. Oder besser gesagt, er schreitet an verschiedenen Orten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit voran. Dies hängt weitgehend von den Bedingungen ab.“

Sechs Jahre HYBRIT als Vorbereitung

Im Falle Schwedens und des HYBRIT-Projekts bietet die Tatsache, dass das Stromsystem im Wesentlichen fossilfrei ist, enorme Vorteile. Dies ist ein entscheidender Punkt für fossilfreien Stahl, da sowohl für die Umwandlung von Wasser in das für den Prozess erforderliche Wasserstoffgas als auch für das Schmelzen des Eisenschwamms, aus dem der Stahl hergestellt wird, große Mengen an Strom benötigt werden.

Die Einführung einer fossilfreien Stahlproduktion ist kompliziert und komplex. Am Beispiel des HYBRIT-Projekts hat sich der Prozess über einen langen Zeitraum hinweg entwickelt.

„Wir haben sechs Jahre gebraucht, um alle Teile des Puzzles entlang der gesamten Kette zusammenzusetzen, vom Eisenerz im Bergwerk bis zum fertigen Stahl“, erklärt Nordlander. „Und das für eine industrielle Produktion in relativ kleinem Maßstab. In unseren Pilotanlagen haben wir die verschiedenen erforderlichen Technologien getestet. Wir wissen jetzt, wie man Eisenerzpellets ohne fossile Brennstoffe herstellt, und wir wissen, wie man aus Eisenerz mit Wasserstoff statt Kohle Eisenschwamm produziert. Diesen Eisenschwamm können wir schmelzen, um Stahl herzustellen.“

Heute stammt der direkt reduzierte Eisenschwamm aus der Pilotanlage des HYBRIT-Projekts in Luleå, den SSAB wiederum zur Herstellung von fossilfreiem Stahl verwendet. Der nächste Schritt ist die größere Demonstrationsanlage, die LKAB in Gällivare in Nordschweden plant.

„Das von uns hergestellte Eisen ist nicht nur fossilfrei, sondern auch von sehr guter Qualität“, sagt Hörnfeldt. „Es hat einen hohen Metalldurchsatz. Die Tatsache, dass unser fossilfreier Stahl von so hoher Qualität ist, bedeutet auch, dass das HYBRIT-Team genau weiß, wie die Anlage von LKAB aussehen muss. Dass wir zunächst eine Pilotanlage gebaut haben, unterscheidet uns von einigen anderen Akteuren, die sich dafür entschieden haben, sofort in vollem Umfang zu entwickeln, was Zeit kostet und mit Unsicherheiten verbunden sein kann, oder die noch nicht einmal so weit gekommen sind, eine Pilotanlage zu bauen. In dieser Hinsicht sind wir weltweit die Ersten.“

Die Wahl des Materials wird an Bedeutung gewinnen

Fossilfreier Stahl erfordert Geduld. Der Wandel der Industrie, beispielsweise im Bereich Stahl, aber auch Zement, erfordert Zusammenarbeit, umfangreiche Investitionen und muss mit einer Erhöhung des Stromangebots einhergehen. Der Ersatz großer Mengen fossiler Brennstoffe in der Industrie könnte andernfalls den globalen Strommarkt erschüttern.

„Investitionen in die Industrie müssen sich über Jahrzehnte auszahlen, daher muss sie sich darauf verlassen können, dass das Energiesystem auch in Zukunft zuverlässig fossilfreien Strom liefert“, erklärt Nordlander. „Schweden hat mit einem Energiesystem, das im Wesentlichen vollständig fossilfrei und leistungsstark ist, eine günstige Ausgangsposition. Die Grundlage des Systems – Kernkraft und Wasserkraft – ist bereits weitgehend bezahlt, sodass die Kapitalkosten gering sind.

Insgesamt verfügt Schweden damit über ein sehr kostengünstiges und starkes Stromsystem als Grundlage für den Wandel der Industrie. Nur wenige Länder können dies von sich behaupten.“

Hörnfeldt sieht eine Zukunft, in der die Nachfrage nach fossilfreiem Stahl weiter steigen wird. Wenn beispielsweise die Automobilindustrie ihren CO₂-Fußabdruck betrachtet, verlagert sich der Fokus von den Abgasemissionen, die mit der zunehmenden Elektrifizierung der Fahrzeugflotte zurückgehen, auf den Fußabdruck der Materialien.

„Der andere große Stahlverbraucher ist die Bauindustrie. Dort ist die Situation ähnlich, da die Nutzung eines neuen Gebäudes dank Niedrigenergie- und Nullenergiehäusern keinen so großen Klimafußabdruck hat, sondern vielmehr die Materialien im Mittelpunkt stehen. Sowohl herkömmlicher Stahl als auch Zement stehen in dieser Hinsicht vor erheblichen Herausforderungen. Das bedeutet, dass die Nachfrage nach fossilfreiem Stahl steigen wird.“