Ohne Frage – wir müssen alle an der Energiewende mitarbeiten. Jeder einzelne Haushalt benötigt Energie und zusammen macht das eine große Menge aus. Die ganz großen Energieverbraucher befinden sich aber in der Industrie. „Dann muss die Industrie eben sparen“ ist allerdings einfacher gesagt als getan, denn die Produkte, die dort hergestellt werden, sind für unser alltägliches Leben von Bedeutung. Wir alle wollen in warmen Häusern sitzen, zum Fenster hinausschauen, von Tellern essen,…. Diese Liste wäre endlos fortsetzbar.

Hier seht ihr einige Beispiele von Industriesektoren aufgelistet, die sehr viel CO2 emittieren (ausstoßen/Produzieren). Welche von diesen ist in Deutschland der Spitzenreiter?

Wenn wir als Beispiel Glas oder Stahl nehmen: Was macht die Herstellung dieser Stoffe so extrem energieaufwändig?

Es muss bei extrem hohen Temperaturen gearbeitet werden. Glas und Stahl müssen eingeschmolzen werden, um formbar/verarbeitbar zu sein. Die Eisenerze für die Stahlherstellung müssen ebenfalls eingeschmolzen werden.

Ist diese Aussage wahr oder falsch?

Wenn man die Energie, die man zur Herstellung dieser Produkte benötigt, aus erneuerbaren bezieht, heißt das nicht unbedingt, dass keine CO2 mehr emittiert wird.
Man muss unterscheiden unter energiebedingter CO2-Entstehung (zur Erzeugung von Wärme werden Rohstoffe verbrannt) und prozessbedingten Emissionen (Entstehung als unerwünschtes Nebenprodukt bei chemischen Reaktionen)

Wo entsteht in der Zementindustrie prozessbedingt CO2?

Stahlherstellung

Stahl ist extrem wichtig – selbst für die Energiewende, wie unsere Überschrift schon verrät. Wir benötigen ihn quasi überall: Zum Bauen von Gebäuden, Brücken…, für Transportmittel wie die Bahn inklusive Schienen, oder dem Auto und für vieles mehr. Man hörte in der letzten Zeit auch häufig aus der Politik, dass künftig „grüner Stahl“ hergestellt werden soll. Schauen wir uns die Stahlherstellung einmal genauer an.

Im Wesentlichen wird in Deutschland auf zwei Arten Stahl erzeugt:
- Im Elektrolichtbogenofen
- Im Hochofen

Der Lichtbogenofen:
Hier werden die Ausgangsstoffe zur Stahlherstellung mit Hilfe elektrischer Energie eingeschmolzen.

Was wird (hauptsächlich) als Ausgangsstoff für die Stahlherstellung im Lichtbogenofen verwendet?

Der Hochofen:
Die meisten CO2-Emissionen in der Stahlindustrie entstehen bei der Herstellung von Eisen aus Eisenerz im Hochofen. Zur Herstellung von Eisen im Hochofen verwendet man Eisenerze oder Eisensulfide.

Verwendet man Sulfide, müssen diese erst in Oxide "umgewandelt" werden. Diesen Vorgang nennt man:

Die Eisen-Oxide/-Erze werden dann in den Hochofen gegeben. Die Gesamtgleichung für die Vorgänge im Hochofen lautet wie folgt:

Koks (Kohlenstoff) + Eisenoxid --> Eisen und CO2

Im Detail passiert folgendes:
Die Schmelze wird mit Koks versetzt. Bei der großen Hitze im Hochofen stellt sich das sogenannte Boudouir-Gleichgewicht ein.

Was fungiert also gemäß diesem Gleichgewicht tatsächlich als Reduktionsmittel?

Was aus dem Hochofen kommt, ist allerdings noch kein Stahl, sondern Eisen (Gusseisen), das durch einen hohen Kohlenstoffanteil sehr spröde und damit nicht formbar ist. Dieser Kohlenstoff muss noch entfernt werden.
Dazu wird das Roheisen verflüssigt und Sauerstoff wird eingeblasen. Der Kohlenstoff reagiert mit dem Sauerstoff. Am Ende erhält man Rohstahl und wieder viel CO2.

Das CO2, das dabei entsteht, ist:

Und was macht Stahl denn nun zum grünen Stahl?
Grün ist der Stahl, wenn er CO2-neutral hergestellt wird. Das erreicht man - grob dargestellt – wie folgt:

1. Zur Reduktion des Eisenoxides wird Wasserstoff statt Kohle verwendet. Dazu benötigt man sogenannte Direktreduktionsanlagen, denn im Hochofen kann man Kohle nicht (komplett) durch Wasserstoff ersetzen. Diese Direktreduktionsanlagen gibt es zwar schon, werden aber bisher mit Erdgas betrieben.

2. Die Weiterverarbeitung in Lichtbogenöfen (betrieben mit erneuerbarer elektrischer Energie), wo das reduzierte Eisen eingeschmolzen und ggf. mit Schrott zu Stahl wird.

Was entsteht statt CO2, wenn Wasserstoff als Reduktionsmittel verwendet wird?