Al in 2022 staalproductie met waterstof in plaats van steenkool
Het Duitse industrieconcern Thyssenkrupp test in een van haar fabrieken in Duitsland of het op termijn staal kan produceren zonder (directe) CO2-uitstoot. Een van de hoogovens schakelt geleidelijk over van steenkool op waterstof.
Om staal te maken, moet je ijzer vrijmaken uit erts. Dat is niet simpelweg een kwestie van smelten. Het is een chemische reactie, waarbij zuurstof moet wegreageren om zuiver ijzer te verkrijgen.
In traditionele staalfabrieken reageert koolstof onder hoge temperaturen met de zuurstof uit de ijzererts. Daarbij ontstaat naast gesmolten ijzer veel ongewenst CO2. Thyssenkrupp wil op termijn de zuurstof uit de ijzererts verwijderen met uitsluitend waterstof in plaats van koolstof. Als tussenstap wil het concern in 2030 haar CO2-uitstoot met 30 procent verlaagd hebben. Deze proef is daarin een belangrijke voorwaarde. “Dit is een belangrijke dag voor de staalindustrie”, zegt Premal Desi, CEO van Thyssenkrupp Europe. “Waterstof is de sleutel tot klimaatneutrale staalproductie.”
Voor elke kilo staal is nu een halve kilo steenkool nodig
De chemische reactie tussen ijzererts en koolstof vergt in de huidige hoogovens van Thyssenkrupp 3 kilo cokes (gezuiverde steenkool) en 2 kilo reguliere steenkool per 10 kilo ijzer. Per kilo geproduceerd ijzer komt daarom ruim 1.5 kilo CO2 vrij. In de verwerking van ijzer tot staal en vervolgens tot treinrails, conservenblikjes of windturbinetorens komt daarna nog extra CO2 vrij. De bulk van de uitstoot gerelateerd aan elk stalen product zit echter in de productie van (ruw)ijzer.
Thyssenkrupp test of het de toevoer van steenkool in haar bestaande hoogovens kan vervangen door waterstof. Het concern begint daarbij voorzichtig. In de nu gestarte proef gaat het om 1 deel waterstof op 27 delen steenkool (4%). Daarna gaat het aandeel waterstof steeds in stapjes van 4% omhoog totdat de steenkool volledig is vervangen door waterstof. Als dat goed gaat, schakelt Thyssenkrupp in 2022 ook haar overige drie hoogovens in Duisburg over.
De dan vervangen kolen zijn goed voor ruwweg 40% van de in de staalproductie benodigde brandstof. Het staal is daarmee dus nog niet emissievrij. In een later stadium wil Thyssenkrupp ook de cokes vervangen door waterstof. Het concern overweegt daartoe de bouw van direct reduction fabrieken (zie video onderaan dit bericht). Als ook dat slaagt, komt er in plaats van CO2 enkel nog waterdamp uit de schoorsteen in Duisburg.
Correctie 13 november: In een eerdere versie van dit artikel heb ik ten onrechte aangenomen dat Thyssenkrupp al binnen deze proef ook de cokes geleidelijk door waterstof vervangt.
Alleen zinvol op daadwerkelijk groene waterstof
Het voeden van hoogovens met waterstof zet pas zoden aan de dijk als de waterstof CO2-vrij geproduceerd is. Dat kan door waterstofproductie uit aardgas, waarbij de CO2 wordt afgevangen (blauwe waterstof) of door elektrolyse van water met emissievrije elektriciteit (groene waterstof).
Blauwe waterstof heeft in dit geval niet zoveel zin. Als je toch CO2 af moet vangen en opslaan, is dat evengoed mogelijk met de CO2 uit reguliere hoogovens op steenkool. Steenkool zal nog lange tijd beter beschikbaar zijn dan emissievrije waterstof. De switch naar blauwe waterstof is dan een omweg. Staalproductie op groene waterstof is voor de langere termijn een beter alternatief dan CO2-opslag dus het is top dat Thyssenkrupp deze optie nu al bestudeerd.
Helaas is vrijwel zeker dat het concern in 2022 niet kan beschikken over voldoende groene waterstof om de staalproductie daadwerkelijk emissievrij te bedrijven. Als Thyssenkrupp overschakelt voordat de waterstof emissievrij is, zal haar CO2-uitstoot juist stijgen. Dat is ook voor de Duitse deelstaat Nordrhein-Westfalen die de proef subsidieert geen beste pers.
Hieronder een video over staalproductie op waterstof van SSAB, een Zweedse concurrent van Thyssenkrupp die met onder meer Vattenfall en mijnbouwbedrijf LKAB aan een alternatieve vorm van staalproductie op waterstof (directe reductie) werkt. Hiermee is volledig CO2-neutrale productie van staal mogelijk. Dit consortium verwacht de beoogde fabriek pas in 2035 in gebruik te nemen, Thyssenkrupp denkt de bouw van haar direct reduction fabriek in de ‘mid-2020s’ te starten.
Imagecredit: Ian Mustafa, via Unsplash Public Domain
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
