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Abstract (German)

Als eine der energieintensivsten Branchen wird auch von der Stahlindustrie ein Beitrag zum Klimaschutz erwartet. Da die bestehenden kohlebasierten Verfahren der Stahlerzeugung kaum noch Verbesserungspotential besitzen, kann langfristig nur über neue Verfahren ein großer CO2-Minderungseffekt erzielt werden. Die vorliegende Arbeit bewertet drei innovative Verfahren der Stahlerzeugung im Vergleich zur etablierten Hochofenroute. Die vergleichende Bewertung schließt nicht nur technische und betriebswirtschaftliche Aspekte, sondern auch gesellschaftliche, sicherheitstechnische und ökologische Aspekte mit ein und soll so eine ganzheitliche Einschätzung der neuartigen Verfahren ermöglichen. Die untersuchten Verfahren sind die Hochofenroute in Kombination mit Kohlenstoffabscheidung und –speicherung (CCS), die Wasserstoff-Direktreduktion und die Eisenerzelektrolyse. Die ganzheitliche Bewertung der drei Verfahren zeigt eine kläre Präferenz für die Wasserstoff-Direktreduktion als Zukunftsverfahren am Standort Deutschland, knapp gefolgt von der Eisenerzelektrolyse. Unter Verwendung dieser innovativen Methode könnte auch langfristig Primärstahl zu wettbewerbsfähigen Konditionen am Standort Deutschland produziert werden. Spätestens ab 2050 werden politische Rahmenbedingungen, steigende Preise für fossile Energieträger und Rohstoffe, sowie ansteigende Kosten für CO2-Emissionen voraussichtlich dafür gesorgt haben, dass die konventionellen Verfahren der Stahlerzeugung unattraktiv werden. Wichtige Voraussetzungen für die rechtzeitige Einphasung der neuen Verfahren sind eine konsequente Umsetzung der Energiewende und international verbindliche Klimaschutzziele sowie damit korrespondierende Anreizmechanismen.

Abstract (English)

The steel industry, one of the most energy intensive industries in Germany, is expected to contribute to the national climate protection efforts. Since the established coal-based steel production routes are close to reaching maximum efficiency, additional carbon (CO2) emission reduction in long term can only be achieved via innovative technologies. The current work assesses three innovative primary steel production technologies in comparison to the established blast furnace route. Apart from technical and economical criteria, the comparative assessment includes social, safety-related and ecological criteria and aims to deliver an integral evaluation of the novel technologies. The technologies in scope are the blast furnace route in combination with carbon capture and storage (CCS), the direct reduction with hydrogen and the electrolysis of iron ore, also called electrowinning. The integral assessment reveals a distinct preference for the hydrogen direct reduction as a future technology in Germany, closely followed by the electrowinning. Based on this new technology primary steel could be produced in long term in Germany at competitive prices. Past 2050, political frameworks, increasing prices for fossil fuels, raw materials and carbon emission allowances will have driven the coal-based technologies unattractive. Main premises for the early phase-in of the innovative technologies are the consequent implementation of the planned energy transition and internationally binding greenhouse gas emission targets accompanied by corresponding incentive mechanism.

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