Das Verbundprojekt REDERS zielt mit einer Erhöhung der Einsatzquote von metallischem Recyclingmaterial im Hochofen und Konverter auf eine kurzfristig umsetzbare Reduzierung der CO2-Emissionen in der Stahlindustrie von Nordrhein-Westfalen ab.

Für Deutschland als ressourcen-armes Land nimmt die Aufbereitung und Rückgewinnung von Wertstoffen einen essenziellen Stellenwert für die Rohstoffbereitstellung der Grundstoffindustrie ein. Kein anderer Werkstoff ist hierbei so effizient recycelbar wie Stahl. Die besonderen Eigenschaften von Stahl sorgen bereits heute dafür, dass metallisches Recyclingmaterial als immer wiederverwertbarer Rohstoff in der Stahlproduktion einen signifikanten Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele leistet.

Kurzfristiges CO2-Einsparpotential

Eine innovative und bisher noch nicht realisierte Maßnahme zur Senkung der CO2-Emissionen in der Stahlproduktion besteht in der Zugabe von hochreinem eisenhaltigen Recyclingmaterial, neben Eisenerz und Zuschlägen sowie Koks als Reduktionsmittel, in den Hochofen. Für dieses besondere Einsatzmaterial entfällt der für das Eisenerz erforderliche Reduktionsprozess, wodurch der Einsatz an Reduktionsmitteln (Koks und Einblaskohle) gesenkt werden kann und so weniger CO2 erzeugt wird. Die heutigen Qualitäten an verfügbaren Recyclingmaterialien erlauben jedoch derzeit keinen Einsatz in den Hochofen aufgrund des zu hohen Gehalts an Fremdmetallen, wie z. B. Kupfer, Chrom, Zink oder Zinn, sowie an organischen Verunreinigungen.

Für den nächsten Produktionsschritt, der Rohstahlerzeugung im Konverter, verhält es sich ähnlich. Im Konverter wird Sauerstoff auf das Roheisen geblasen, welches zuvor im Hochofen erzeugt wurde, um hauptsächlich den Kohlenstoffgehalt zu senken und Phosphor zu entfernen. Bei diesem Vorgang entsteht CO2 und aufgrund der exothermen Reaktion eine große Wärmemenge. Zur Regulierung der hierbei freigesetzten Wärme wird gezielt eisenhaltiges Recyclingmaterial (Stahlschrott) in den Konverter zugegeben, um jenes einzuschmelzen und gleichzeitig den erforderlichen Kühleffekt zur Einstellung der notwendigen Rohstahltemperatur zu erreichen. Allerdings kann eine Erhöhung der Recyclingquote mit den derzeitigen Einsatzqualitäten mit zu hohen Anteilen an Fremdmetallen nur bedingt realisiert werden.

Starkes Konsortium aus NRW

Das vom Land NRW geförderte Verbundprojekt REDERS hat es sich nun zur Aufgabe gemacht, durch einen erhöhten Einsatz von hochreinem metallischen Recyclingmaterial aus einem neuen, innovativen Aufbereitungsprozess die CO2-Emissionen im Hochofen und Konverter am größten Stahlstandort Europas, in Duisburg, kurzfristig weiter zu senken. Das Forschungsvorhaben wird als Verbundprojekt des Recyclingunternehmens TSR Recycling GmbH & Co. KG (TSR) und der Stahlproduzenten thyssenkrupp Steel Europe AG (tkSE) und Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH (HKM) unter der wissenschaftlichen Leitung der VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH (BFI) durchgeführt.

Recyclingprozess als Herzstück des Vorhabens

Zielsetzung ist es, den von der TSR entwickelten innovativen Recyclingprozesses zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen Recyclingmaterials aus Konsumentenschrotten im Pilotmaßstab nachhaltig zu erproben und kontinuierlich weiterzuentwickeln. Der Schlüssel zur Erzeugung dieses hochreinen Recyclingmaterials, das für hohe Einsatzraten im Hochofen und Konverter geeignet ist, liegt in neu zu entwickelnden bzw. zu adaptierenden Mess-, Detektions- und Separationstechniken, mit deren Hilfe Störelemente und organische Bestandteile sicher aus dem Rohmaterial entfernt werden können. Um die Materialqualität nachweislich dokumentieren und den Stahlherstellern garantieren zu können, spielt die Entwicklung präziser Online-Messtechnik gemeinsam mit einem neu aufzustellenden Datenmanagement eine ganz entscheidende Rolle. So werden beispielsweise mittels geeigneter Messmethoden die enthaltenen Fremdmetalle sowie organische Störstoffe detektiert. Bei diesen Messverfahren erfolgt zudem auch eine Quantifizierung der Störkomponenten. Hierbei entwickelt TSR Recycling mit der wissenschaftlichen Unterstützung des VDEh-Betriebsforschungsinstituts messtechnische Lösungen. Auf Basis der Ergebnisse der Online-Messtechnik sorgt das Datenmanagementsystem für eine Optimierung der Auswahl der Inputmaterialien zur zielgenauen Herstellung der erforderlichen Produktqualitäten und für eine exakte Nachverfolgung aller produzierten Recyclingchargen bei Lieferung und Einsatz in den Stahlwerken.

Zertifiziertes Produkt in Hochofen und Konverter

Das neuartige Recyclingmaterial wird als Produkt zertifiziert und eine bisher noch nicht erreichte Reinheit aufweisen, sodass große Mengen erstmalig im Hochofen bei thyssenkrupp Steel eingesetzt und eine signifikante Steigerung der Einsatzquote bei der Erzeugung spurenelementkritischer Güten im Konverter bei HKM erzielt werden können. Es wird erwartet, dass im Hochofen pro eingesetzter Tonne des zertifizierten Produkts etwa 1,4 Tonnen an CO2 vermieden werden können. Für den Konverter wird sogar von einer Einsparung von 1,7 Tonnen an CO2 ausgegangen.

Der neuartige Recyclingprozess mit innovativer Mess-, Analyse- und Separationstechnik ermöglicht somit den erhöhten Einsatz von hochreinem metallischen Recyclingmaterial im Hochofen- und Konverterprozess. In NRW hat dieses Verfahren aufgrund des hohen Anteils der Stahlproduktion über die Oxygenstahlroute, mit den wesentlichen Verfahrensstufen Hochofen und Konverter, ein besonders großes CO2-Einsparpotential. REDERS trägt damit kurzfristig zum weiteren Ausbau der Kreislaufwirtschaft bei und macht eine zielführende Schlüsseltechnologie zur kurzfristig umsetzbaren Senkung des CO2-Ausstoßes am Stahlstandort NRW verfügbar.

Konsortium REDERS

Circular-Economy-Bereich

• Reduce
• Re-use
• Recycle

Innovative Technologien/Service

• Aufbereiten
• Trennen/ Separation
• Datenmanagement
• Fremdstoffdetektion
• Schrotteinsatz im Hochofen

Adressierter Werkstoff

• Stahlschrott

Impact

• hochreines eisenhaltiges Recyclingprodukt
• kurzfristige CO2-Einsparung bei Oxygenstahlroute

www.bfi.de, www.hkm.de, www.thyssenkrupp-steel.com, www.hkm.de,

Abbildungen
Abbildung 1: Im Hochofen 8 der thyssenkrupp Steel Europe AG in Duisburg wird das zertifizierte Recyclingmaterial erstmalig zur kurzfristigen CO2-Senkung bei der Roheisenerzeugung eingesetzt. (© thyssenkrupp Steel Europe AG)
Abbildung 2: Konverter mit Schrottmulde. Dargestellt ist der Befüllvorgang des Konvertes mit Kühlschrott im Stahlwerk von HKM. (© Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH)