Fraunhofer Dresden will Millionen Tonnen CO2 in Stahlindustrie einsparen

Das Dresdner Fraunhofer-Keramikinstitut IKTS arbeitet gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft an Verfahren, die die Umweltbilanz der deutschen Stahlwerke drastisch verbessern sollen: Statt mit Koks wollen sie künftig mit Hilfe von Wasserstoff das Eisenerz zu Rohstahl reduzieren, also damit dem Eisenoxid den Sauerstoff entziehen. Durch diese „Direktreduktion“ wäre es möglich, bis zu 95 Prozent des Kohlendioxids zu sparen, das sonst als Nebenprodukt dieses chemischen Prozesses entsteht – immerhin acht Millionen Tonnen pro Jahr allein in Deutschland. Das hat IKTS-Forscher Dr. Matthias Jahn eingeschätzt. Allerdings gehe die ökologische Rechnung nur auf, wenn der eingesetzte Wasserstoff nicht mit Kohlestrom aus Wasser abgespalten wird, sondern durch Sonnen- oder Windstrom in besonders effizienten Hochtemperatur-Elektrolyseanlagen. Teurer, aber besonders effektiv: Und an diesem Punkt kommt eben die besondere sächsische Expertise ins Spiel: Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) entwickelt in Dresden bereits seit Jahren spezielle Brennstoffzellen-Stromerzeuger und deren Gegenstücke, die Elektrolyseure, die unter Stromzufuhr gewöhnliches Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Die Herzstapel („Stacks“) der Dresdner Systeme bestehen aus Keramikplatten und halten auch hohe Temperaturen um die 850 Grad aus. Gibt es Aliens? Dresdner Raumfahrt-Firma liefert Schlüsseltechnologie für NASA-Mission Künstliche Nasen aus Dresden sollen Corona erschnüffeln Helmholtz Dresden findet Sternenstaub am Meeresgrund Solche Hochtemperatur-Zellen sind zwar teurer als herkömmliche Lösungen. Sie arbeiten aber dafür besonders effektiv und mit hohen Wirkungsgraden bis zu 75 Prozent. Im Fall der Elektrolyse heißt das: Derartige Systeme wandeln etwa drei Viertel der zugeführten elektrischen Energie in chemische Energie um, die im Wasserstoff gebunden ist. Gerade in der Stahlindustrie, wo es ohnehin heiß her geht, lohnt sich der Einsatz der Hochtemperatur-Elektrolyseure besonders. Denn dort kann der Hochofen die keramischen Wasseraufspalter bis zur Betriebstemperatur vorheizen. „Hier in Sachsen haben wir die Kompetenz, das Thema voranzubringen“: Bisher gibt es aber nur recht kleine Hochtemperatur-Wasserspalter in der Leistungsklasse zwischen 20 und 200 Kilowatt. Erste Pilotanlagen dieser Art testet die Salzgitter AG bereits in einem Stahlwerk, darunter Geräte der Dresdner Firma Sunfire. Für einen großindustriellen Einsatz in der Direktreduktion sind aber Systeme der Gigawatt-Klasse nötig. „Dafür brauchen wir ganz neue Stack-Designs“, erklärt Dr. Jahn. „Außerdem müssen wir zu einer hochautomatisierten Stack-Fertigung kommen, um die Kosten zu senken.“ Aber der Ingenieur ist überzeugt, dass die erfahrenen Forscher, Anlagenbauer und Stack-Konstrukteure im Freistaat diese komplexen Aufgaben schaffen können. „Hier in Sachsen haben wir die Kompetenz, das Thema voranzubringen, insbesondere im Bereich der Hochtemperaturelektrolyse“, sagt Jahn. Von Heiko Weckbrodt