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Indien – der Wachstumsmotor Stahlindustrie soll grüner werden
Tata Steel Kalinganagar: Des erste indische Stahlwerk, das aufgrund seiner Industrie-4.0-Technologien in das Global Lighthouse Network des Weltwirtschaftsforums aufgenommen wurde.
Bild: worldsteel
Wirtschaftliche Entwicklung ist ein zentrales Versprechen der Regierung unter Narendra Modi, der Indien bis 2047 zu einem entwickelten Land machen möchte. Dabei rückt die indische Stahlindustrie als Wachstumsmotor in den Mittelpunkt – und damit die Herausforderung, Wachstum mit der Reduzierung von CO2-Emissionen in Einklang zu bringen. Eine aktuelle Roadmap skizziert Lösungen.
Indien ist nicht nur das bevölkerungsreichste Land der Erde, sondern auch eine der am schnellsten wachsenden Volkswirtschaften der Welt. Für dieses Jahr erwartet die OECD 6,2 % Wirtschaftswachstum, für nächstes Jahr 6,5 %. Ein wesentlicher Motor des Wachstums ist die Stahlindustrie, die rund zwei Prozent zum nationalen BIP beiträgt. Die indische Stahlindustrie ist seit 2004 um durchschnittlich 7 Prozent im Jahr gewachsen und erreicht laut amtlicher Verlautbarung im laufenden Geschäftsjahr eine Stahlproduktionskapazität von 179,5 Millionen Tonnen bei einer Rohstahlproduktion von 144,3 Mio. t. Das Wachstum wird maßgeblich von der Stahlnachfrage bei Infrastruktur, Wohnungsbau und der Autoindustrie getrieben.
Der Subkontinent verfolgt eine klare Wachstumsstrategie, ohne dabei seine Klimaziele aus den Augen verlieren zu wollen. Nach Angaben der indischen Regierung hat das Land bereits erhebliche Fortschritte beim Ausbau der Kapazitäten für erneuerbare Energien erzielt. Um jedoch die ehrgeizigen Klimaziele wie das Netto-Null-Ziel für 2070 zu erreichen, muss Indien auch seinen Industriesektor dekarbonisieren. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Stahlindustrie, die für 10-12 % der CO2-Gesamtemissionen Indiens verantwortlich ist.
Große Stahlunternehmen dominieren den indischen Stahlmarkt
Wenige große Stahlunternehmen wie Tata Steel, JSW Steel, Jindal Steel and Power (JSP) aber auch Staatskonzerne wie Steel Authority of India (SAIL) dominieren den indischen Stahlmarkt, ergänzt um mehrere kleinere Hersteller. Im Ranking der weltgrößten Stahlerzeugerländer der Weltstahlorganisation worldsteel kommt das Land mit einer Rohstahlproduktion von 140,8 Millionen Tonnen im Jahr 2023 auf den zweiten Platz nach China (1 019 Mio. t), aber klar vor Japan (87 Mio.t ), den USA (81,4 Mio. t) und Deutschland mit 35,4 Millionen Tonnen. Der Pro-Kopf-Verbrauch an Stahl in Indien beträgt jedoch nur 97,7 kg im Jahr 2024, verglichen mit dem weltweiten durchschnittlichen Pro-Kopf-Verbrauch von 221,8 kg im Jahr 2022. Die Nationale Stahlpolitik zielt auf eine Steigerung des Pro-Kopf-Verbrauchs auf 160 kg bis 2030.
Die Regierung plant kräftige Investitionen in die Infrastruktur. Für den Bau neuer Häuser, Straßen und Eisenbahnstrecken wird Stahl benötigt. Das ehrgeizige Ziel der indischen Regierung, die Stahlproduktionskapazität bis 2030 auf über 300 Millionen Tonnen zu erhöhen und damit gegenüber heute annähernd zu verdoppeln, unterstreicht die entscheidende Rolle, die die Stahlindustrie für die Entwicklung des Landes spielt. Nach Angaben des indischen Stahlministeriums wird die einheimische Produktion dieses Ziel voraussichtlich übertreffen. Daher ist die Dekarbonisierung des Sektors zwingend erforderlich, damit Indien seine Klimaziele erreichen kann. Im Fokus steht, wie an anderen Stahlstandorten auch, die CO2-intensive Roheisenerzeugung.
Drei Wege der Stahlerzeugung
Die sehr heterogene indischen Stahlindustrie verfolgt im Wesentlichen drei Wege der Eisenerzeugung: In Hochöfen (BF) mit Koks zur Reduktion und zum Schmelzen von Eisenerz zu flüssigem Roheisen sowie zwei Verfahren zur Herstellung von festem, direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm bzw. DRI). Zum einen Schachtöfen, die mit Erdgas oder Syngas und zum Teil auch mit industriellen Abgasen arbeiten, sowie Drehrohröfen, die Kohle als Reduktionsmittel für Eisenerz verwenden. Das erzeugte Roheisen wird dann durch drei Hauptprozesse in Stahl umgewandelt. Flüssigen Hochofenroheisen wird im Sauerstoffblasstahlkonverter (BOF) zu Stahl, während DRI in einem Elektrolichtbogenofen (EAF) oder seltener in einem Induktionsofen (IF) in Stahl umgeschmolzen wird. Außerdem wird auch Stahlschrott in Elektrolichtbogen- oder Induktionsöfen in Stahl umgewandelt. Die größeren integrierten Stahlwerke (ISP) verwenden in der Regel die BF-BOF- und DRI-EAF-Verfahren, kleinere Werke die kohlebasierte DRI-IF-Methode. Der Rohstahl wird anschließend in Walzwerken zu Flach- oder Langprodukten verarbeitet.
Weltweit größte DRI-Produktion - 300 kohlebasierte Direktreduktionsanlagen
Indien ist nicht nur der zweitgrößte Sahlproduzent der Welt, sondern hat mit einer Produktion von 55 Millionen Tonnen 2023 auch die weltweit größte Produktionskapazität für Eisenschwamm (direkt reduziertes Eisen, DRI) aufgebaut. Dabei ist Indien eines der wenigen Länder der Welt, in dem eine kohlebasierte DRI-Technologie vorherrscht die fast 20 % der gesamten Stahlkapazität des Landes ausmacht. Die Bedeutung kohlebasierter DRI in Indien ist in erster Linie auf die leichte Verfügbarkeit von einer für die Koksproduktion wenig geeigneten Kohle, die relativ niedrigeren Investitionskosten gerade in Bezug auf die dort stark verbreitete DRI-Erzeugung mit Drehrohrofen und dem begrenzten Zugang zu Erdgas zurückzuführen, das in vielen Industrieländern die bevorzugte Option zur Direktreduktion ist. Infolgedessen gibt es laut dem indischen Institut für Energie und Ressourcen (TERI) fast 300 kohlebasierte Direktreduktionsanlagen mit geringer Kapazität (100 Tonnen pro Tag oder weniger), die Kohle als Primärbrennstoff verwenden und eine geringe Energieeffizienz aufweisen.
Kohlebasierte DRI-Produktion mit Schlüsselrolle
Die kohlebasierte DRI-Produktion nimmt in der indischen Stahlindustrie eine Schlüsselrolle ein, wie Deependra Kashiva, Geschäftsführer des indischen DRI-Verbands Sponge Iron Manufacturers Association (SIMA), hervorhebt. Die innländische Stahlnachfrage kann nach Ansicht des Experten nicht vollständig durch die konventionelle Hochofen-Sauerstoff-Blasstahlkonverter-Route (BF- BOF) gedeckt werden, da die Investitionskosten hoch und die Verfügbarkeit von Kokskohle für diese Route in Indien begrenzt seien. „Der DRI-Industrie kommt daher eine entscheidende Rolle zu, wenn es darum geht, die künftige indische Stahlproduktion zu steigern, um die wachsende Nachfrage zu decken“, hält Kashiva fest.
Struktur des Stahlsektors unterscheidet sich erheblich von der anderer Länder
Die Struktur des Stahlsektors in Indien unterscheidet sich erheblich von der anderer Länder. Entwickelte Länder haben einen höheren Anteil von Schrott an der gesamten Stahlproduktion, der Einsatz von Eisenerzpellets ist verbreiteter und das Stromnetz weniger kohlenstoffintensiv, kohlenstoffärmere Brennstoffe wie Erdgas sind zu vergleichsweise erschwinglichen Preisen verfügbar. Im Gegensatz dazu ist in Indien aufgrund der vergleichsweise noch jungen industriellen Entwicklung nur begrenzt Schrott verfügbar und Erdgas sehr teuer. Außerdem verfügt Indien über eher minderwertige Rohstoffe Kohle und Eisenerz, deren Verwendung den Gesamtenenergieverbrauch und die Emissionen erhöhen. Zusammenfassend kommt ein Report des Stahlministeriums zu dem Ergebnis, dass die indische Stahlindustrie gezwungen ist, auch in Zukunft kohlebasierte Hochöfen und Drehrohröfen für die Stahlerzeugung zu verwenden, da es an erschwinglichen Alternativen fehlt. Folglich ist die Emissionsintensität des in Indien hergestellten Stahls mit 2,54 Tonnen CO2 pro Tonne Rohstahl (tCO2/TCS) deutlich höher als der weltweite Durchschnitt von 1,91 TCS.
Roadmap zur Dekarbonisierung „Greening the Steel Sector in India“
Als Reaktion auf Indiens Klimaverpflichtungen und in dem Bestreben eine weltweit wettbewerbsfähige und nachhaltige Stahlindustrie zu schaffen, hat das Stahlministerium diese Tage eine Roadmap zur Dekarbonisierung „Greening the Steel Sector in India“ vorgestellt. Der in der Roadmap angeführte 14-Punkte-Aktionsplan umfasst unterschiedliche Maßnahmen zur Dekarbonisierung. Neben der Entwicklung einer Taxonomie für grünen Stahl einschließlich eines zertifizierten Monitorings zur Emissionsüberwachung hat die indische Regierung auch grüne Leitmärkte zumindest für die öffentliche Beschaffung im Fokus. Ein erklärtes Ziel ist, die gesamte Wertschöpfungskette in den Blick zu nehmen und zu optimieren. Von der Rohstoffbeschaffung bis zur Endverarbeitung sollen Kosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden.
Ein Schwerpunkt der vorgeschlagenen Dekarbonisierungsmaßnahmen betrifft, wie in der indischen Industriepolitik generell, die Kohlenstoffabscheidung (Carbon Capture) einschließlich der Verfahren CO2-Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) und CO2-Verwendung (Carbon Capture and Utilization, CCU). Eine wichtige Rolle spielen auch erneuerbare Energien für die Stahlerzeugung sowie als eine Zukunftstechnologie mit Potenzial( grüner) Wasserstoff. Dabei spielt auch die Betrachtung des Prozessübergangs von kohlebasiertem DRI zu gasbasiertem DRI mit Erdgas als ein Brückenkraftstoff für grünen Wasserstoff im Stahlsektor eine wichtige Rolle. Konkret geht es um die Verlagerung der DRI-Produktion von kohlebasierten Drehrohröfen auf gasbasierte Schachtöfen, um einen nahtlosen Übergang zu grünem Wasserstoff zu ermöglichen. Dazu gehören neben Erdgas auch die Themen Prozessumstellung durch andere Optionen wie industrielle Abgase, Synthesegas und das Einblasen von Kohleflözgas beispielsweise in Hochöfen. Kohleflözgas, (Coal Bed Methane, CBM) ist eine unkonventionelle Form von Erdgas, die in Kohlelagerstätten oder -flözen vorkommt.
Eisen- und Stahlsektor ist in erster Linie auf Kohle und Koks angewiesen
Der Eisen- und Stahlsektor Indiens ist wie anderswo auch ist in erster Linie auf Kohle und Koks angewiesen, um den Bedarf an Prozesswärme zu decken und als Reduktionsmittel in der Stahlproduktion. Mit Blick auf die Dekarbonisierungsziele des Landes nimmt der Aktionsplan auch umweltschonende und nachhaltige Ersatzstoffe für Kohle und Koks in der Stahlproduktion in den Blick. Biokohle, aus Biomasse nachwachsender Pflanzen gewonnen, gilt als ein vielversprechender Kandidat für die Reduzierung von Emissionen in der Stahlproduktion. Allerdings steht seine breite Einführung in der Industrie im harten Wettbewerb mit den traditionellen kohlebasierten Brennstoffen, wie der Bericht einschränkt. Ohne ihre Wachstumsziele trotz einer noch auf Jahre hinaus starken Abhängigkeit von Kohle aufzugeben, verfolgen die indischen Stahlunternehmen bereits heute unterschiedliche Projekte zur Dekarbonisierung.
Zu den wichtigsten Maßnahmen gehören:
Eine entscheidende Rolle spielen Kooperationen für Innovation und Technologie. Die Stahlindustrie investiert in Forschung und Entwicklung, um innovative Produkte und effizientere Produktionsprozesse zu entwickeln. Dazu gehen indische Stahlunternehmen Partnerschaften mit anderen Stahlunternehmen und den führenden metallurgischen Anlagenbauern wie SMS group und Primetals Technologies ein, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen.
SAIL: Kohlenstoffabscheidung und Digitalisierung
Der größte Stahlproduzent im Land, der staatseigene Betrieb Steel Authority of India Limited (SAIL), hat mit dem Anlagenbauer SMS group eine umfassende Absichtserklärung für die Entwicklung von Prozessen zur Dekarbonisierung der Eisen- und Stahlerzeugung in den indischen Werken abgeschlossen. Speziell für das Rohrwerk Rourkela im indischen Bundestaat Odisha setzt Sail auf eine Partnerschaft mit Primetals. Auch dort stehen Technologien wie CCU, wasserstoffbasierte Stahlerzeugung, Elektrostahlerzeugung und Digitalisierung zur Optimierung der Produktionsprozesse auf der Agenda.
Tata Steel: Vermeidung und Abscheidung von Kohlenstoff
Indiens Globalist Tata Steel, einer der geografisch am stärksten diversifizierten Stahlproduzenten der Welt mit Niederlassungen in 26 Ländern, hat sich verpflichtet, seine Emissionsintensität bis 2030 auf unter 1,8 Tonnen CO2 pro Tonne Rohstahl zu senken und bis 2045 netto null zu erreichen. An seinen indischen Standorten verfolgt Tata Steel einen zweigleisigen Ansatz zur Dekarbonisierung, der sich auf die Vermeidung von Kohlenstoff (CDA) und die Abscheidung und Nutzung von CO2 (CCU) konzentriert. Der Stahlerzeuger setzt dabei auf Technologien wie am Hochofen das Einblasen von Kohleflözgas und die Wasserstoffinjektion, sowie den Betrieb einer CCU-Anlage zur Abscheidung und Nutzung von Kohlenstoff im Pilotmaßstab. Zu den ergriffenen Maßnahmen zählt auch die Erhöhung des Schrotteinsatzes in den Hochöfen. Am Standort Ludhiana will das Unternehmen ein modernes Langprodukt-Stahlwerk auf Basis eines Elektrolichtbogenofens (EAF) errichten, das einen minimalen Kohlenstoff-Fußabdruck aufweist und eine Kapazität von 0,75 Mio. Tonnen pro Jahr hat. Einen weiteren Dekarbonisierungspfad verfolgt Tata Steel mit seinem grünen Wasserstoffprojekt am Standort Jamshedpur, das sich noch in der Anfangsphase befindet. Das Unternehmen hat Ende Aprol 2023 einen laut eigenen Angaben weltweit einmaligen Testlauf gestartet, bei dem Wasserstoff anstelle von Einblaskohle und Koks im Hochofen E des Jamshedpur-Werks eingesetzt wird. Über vier Tage wurden etwa 6 kg Wasserstoff pro Tonne Roheisen verwendet, rund 40% der Einblassysteme des Hochofens wurden für die Wasserstoffinjektion genutzt. Tata Steel zu Folge ist es der erste Versuch weltweit, eine so große Menge Wasserstoff kontinuierlich in einen Hochofen einzublasen. Ziel des Pilotprojekts sei es, herauszufinden, wie viel Kohlenstaub durch Wasserstoff ersetzt werden kann um den Verbrauch fossiler Brennstoffe und damit die CO2-Emissionen des Stahlherstellungsprozesses zu senken. Die Übernahme dieser Technologie in großem Maßstab und ihre breite Einführung werde davon abhängen, wie schnell die Kosten für Wasserstoff auf ein wettbewerbsfähigeres Niveau sinken. Auch am Standort Meramandali hat Tata Steel einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Dekarbonisierung seiner Produktion unternommen und den Anlagenbauer SMS group im Juni dieses Jahres mit der Modernisierung und dem Einbau einer Einblastechnologie für Koksofengas beauftragt. Koksofengas ist ein Nebenprodukt, das bei der Herstellung von Koks aus Kohle in Kokereien entsteht. Das Projekt ist das erste seiner Art in Indien. Durch Nutzung des chemischen Potenzials des Koksofengases (COG) können mit dem neuen Verfahren pro eingeblasenem Kilogramm COG circa 0,65 Kilogramm Koks eingespart werden, was die Betriebskosten und gleichzeitig den CO2-Fußabdruck erheblich reduziert. Tata Steel Kalinganagar wiederum ist das erste indische Werk, das aufgrund seiner führenden Rolle bei der Anwendung von Industrie-4.0-Technologien in das Global Lighthouse Network des Weltwirtschaftsforums aufgenommen wurde. ####JSW: Kohlenstoffabscheidung und erneuerbare Energien JSW Steel, einer der führenden Stahlproduzenten des Landes plant eine Steigerung seiner inländischen Kapazität von 27,5 Millionen Tonnen auf 38,5 Millionen Tonnen bis 2024/25. Erst kürzlich unterzeichneten JSW und die koreanische Posco eine Absichtserklärung zur Entwicklung eines integrierten Stahlwerks in Indien mit einer Anfangskapazität von 5 Millionen Tonnen pro Jahr. Die beiden Konzerne werden auch Kooperationen in den Bereichen Batteriematerialien für Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energien prüfen, um den Eigenbedarf des geplanten integrierten Stahlwerks zu decken. JSW Steel hat sich zum Ziel gesetzt, die CO2-Emissionen der Stahlproduktion bis 2030 um 42 % gegenüber dem Basisjahr 2021 zu senken und Netto-Null bis 2050 zu erreichen. Bereits 2022 schlossen SMS und JSW Steel dazu eine Vereinbarung für Projekte zur Verringerung des CO2-Ausstosses. Bis 2030 will das JSW Steel eine Leistung von 20 GW an erneuerbarer Energie und eine Speicherkapazität von 40 GWh erreichen. Daneben konzentriert sich JSW auch auf die Aufbereitung von Rohstoffen, schrottbasiertem Stahl und den Einsatz von grünem Wasserstoff im Stahlsektor. So plant das Schwesterunternehmen JSW Energy die Inbetriebnahme einer großen Anlage für grünen Wasserstoff, der in der Produktion von CO2-armen Stahl eingesetzt werden soll. In der DRI-Anlage Dolvi betreibt JSW Steel zudem eine Pilotanlage zur Kohlenstoffabscheidung mit einer Kapazität von 100 Tonnen pro Tag (tons per day, TPD).
JSP: Indiens Nummer drei mit starkem Fokus auf Kohlenstoffabscheidung
JSP will die Kohlenstoffemissionen bis 2030 um 35 % reduzieren bis 2047 netto null erreichen. Die Dekarbonisierungsstrategie von JSP konzentriert sich auf Kohlenstoffminimierung, Kohlenstoffvermeidung und Kohlenstoffkreislaufwirtschaft mit Kohlenstoffabscheidung und Wegen zur Kohlenstoffnutzung sowie zur Sequestrierung von CO2. JSP betreibt eine 2000-TPD-Kohlenstoffabscheidungsanlage in seiner Syngas-Anlage und 1500 TPD Kohlenstoffabscheidungsanlage in der DRI-Sektion.
Adani: Grünes integriertes Stahlwerk geplant
Das Industriekonglomerat Adani Group hat Anfang 2022 eine Kooperation mit dem südkoreanischen Stahlriesen Posco angekündigt. Gemeinsam wollen die Partner ein integriertes Stahlwerk in Mundra, Gujarat, errichten, das auf Posco-Technologie basiert und erneuerbare Energien und grünen Wasserstoff nutzt.
Autor: Gerd Krause, Mediakonzept, Düsseldorf
Indien ist nicht nur das bevölkerungsreichste Land der Erde, sondern auch eine der am schnellsten wachsenden Volkswirtschaften der Welt. Für dieses Jahr erwartet die OECD 6,2 % Wirtschaftswachstum, für nächstes Jahr 6,5 %. Ein wesentlicher Motor des Wachstums ist die Stahlindustrie, die rund zwei Prozent zum nationalen BIP beiträgt. Die indische Stahlindustrie ist seit 2004 um durchschnittlich 7 Prozent im Jahr gewachsen und erreicht laut amtlicher Verlautbarung im laufenden Geschäftsjahr eine Stahlproduktionskapazität von 179,5 Millionen Tonnen bei einer Rohstahlproduktion von 144,3 Mio. t. Das Wachstum wird maßgeblich von der Stahlnachfrage bei Infrastruktur, Wohnungsbau und der Autoindustrie getrieben.
Der Subkontinent verfolgt eine klare Wachstumsstrategie, ohne dabei seine Klimaziele aus den Augen verlieren zu wollen. Nach Angaben der indischen Regierung hat das Land bereits erhebliche Fortschritte beim Ausbau der Kapazitäten für erneuerbare Energien erzielt. Um jedoch die ehrgeizigen Klimaziele wie das Netto-Null-Ziel für 2070 zu erreichen, muss Indien auch seinen Industriesektor dekarbonisieren. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Stahlindustrie, die für 10-12 % der CO2-Gesamtemissionen Indiens verantwortlich ist.
Große Stahlunternehmen dominieren den indischen Stahlmarkt
Wenige große Stahlunternehmen wie Tata Steel, JSW Steel, Jindal Steel and Power (JSP) aber auch Staatskonzerne wie Steel Authority of India (SAIL) dominieren den indischen Stahlmarkt, ergänzt um mehrere kleinere Hersteller. Im Ranking der weltgrößten Stahlerzeugerländer der Weltstahlorganisation worldsteel kommt das Land mit einer Rohstahlproduktion von 140,8 Millionen Tonnen im Jahr 2023 auf den zweiten Platz nach China (1 019 Mio. t), aber klar vor Japan (87 Mio.t ), den USA (81,4 Mio. t) und Deutschland mit 35,4 Millionen Tonnen. Der Pro-Kopf-Verbrauch an Stahl in Indien beträgt jedoch nur 97,7 kg im Jahr 2024, verglichen mit dem weltweiten durchschnittlichen Pro-Kopf-Verbrauch von 221,8 kg im Jahr 2022. Die Nationale Stahlpolitik zielt auf eine Steigerung des Pro-Kopf-Verbrauchs auf 160 kg bis 2030.
Die Regierung plant kräftige Investitionen in die Infrastruktur. Für den Bau neuer Häuser, Straßen und Eisenbahnstrecken wird Stahl benötigt. Das ehrgeizige Ziel der indischen Regierung, die Stahlproduktionskapazität bis 2030 auf über 300 Millionen Tonnen zu erhöhen und damit gegenüber heute annähernd zu verdoppeln, unterstreicht die entscheidende Rolle, die die Stahlindustrie für die Entwicklung des Landes spielt. Nach Angaben des indischen Stahlministeriums wird die einheimische Produktion dieses Ziel voraussichtlich übertreffen. Daher ist die Dekarbonisierung des Sektors zwingend erforderlich, damit Indien seine Klimaziele erreichen kann. Im Fokus steht, wie an anderen Stahlstandorten auch, die CO2-intensive Roheisenerzeugung.
Drei Wege der Stahlerzeugung
Die sehr heterogene indischen Stahlindustrie verfolgt im Wesentlichen drei Wege der Eisenerzeugung: In Hochöfen (BF) mit Koks zur Reduktion und zum Schmelzen von Eisenerz zu flüssigem Roheisen sowie zwei Verfahren zur Herstellung von festem, direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm bzw. DRI). Zum einen Schachtöfen, die mit Erdgas oder Syngas und zum Teil auch mit industriellen Abgasen arbeiten, sowie Drehrohröfen, die Kohle als Reduktionsmittel für Eisenerz verwenden. Das erzeugte Roheisen wird dann durch drei Hauptprozesse in Stahl umgewandelt. Flüssigen Hochofenroheisen wird im Sauerstoffblasstahlkonverter (BOF) zu Stahl, während DRI in einem Elektrolichtbogenofen (EAF) oder seltener in einem Induktionsofen (IF) in Stahl umgeschmolzen wird. Außerdem wird auch Stahlschrott in Elektrolichtbogen- oder Induktionsöfen in Stahl umgewandelt. Die größeren integrierten Stahlwerke (ISP) verwenden in der Regel die BF-BOF- und DRI-EAF-Verfahren, kleinere Werke die kohlebasierte DRI-IF-Methode. Der Rohstahl wird anschließend in Walzwerken zu Flach- oder Langprodukten verarbeitet.
Weltweit größte DRI-Produktion - 300 kohlebasierte Direktreduktionsanlagen
Indien ist nicht nur der zweitgrößte Sahlproduzent der Welt, sondern hat mit einer Produktion von 55 Millionen Tonnen 2023 auch die weltweit größte Produktionskapazität für Eisenschwamm (direkt reduziertes Eisen, DRI) aufgebaut. Dabei ist Indien eines der wenigen Länder der Welt, in dem eine kohlebasierte DRI-Technologie vorherrscht die fast 20 % der gesamten Stahlkapazität des Landes ausmacht. Die Bedeutung kohlebasierter DRI in Indien ist in erster Linie auf die leichte Verfügbarkeit von einer für die Koksproduktion wenig geeigneten Kohle, die relativ niedrigeren Investitionskosten gerade in Bezug auf die dort stark verbreitete DRI-Erzeugung mit Drehrohrofen und dem begrenzten Zugang zu Erdgas zurückzuführen, das in vielen Industrieländern die bevorzugte Option zur Direktreduktion ist. Infolgedessen gibt es laut dem indischen Institut für Energie und Ressourcen (TERI) fast 300 kohlebasierte Direktreduktionsanlagen mit geringer Kapazität (100 Tonnen pro Tag oder weniger), die Kohle als Primärbrennstoff verwenden und eine geringe Energieeffizienz aufweisen.
Kohlebasierte DRI-Produktion mit Schlüsselrolle
Die kohlebasierte DRI-Produktion nimmt in der indischen Stahlindustrie eine Schlüsselrolle ein, wie Deependra Kashiva, Geschäftsführer des indischen DRI-Verbands Sponge Iron Manufacturers Association (SIMA), hervorhebt. Die innländische Stahlnachfrage kann nach Ansicht des Experten nicht vollständig durch die konventionelle Hochofen-Sauerstoff-Blasstahlkonverter-Route (BF- BOF) gedeckt werden, da die Investitionskosten hoch und die Verfügbarkeit von Kokskohle für diese Route in Indien begrenzt seien. „Der DRI-Industrie kommt daher eine entscheidende Rolle zu, wenn es darum geht, die künftige indische Stahlproduktion zu steigern, um die wachsende Nachfrage zu decken“, hält Kashiva fest.
Struktur des Stahlsektors unterscheidet sich erheblich von der anderer Länder
Die Struktur des Stahlsektors in Indien unterscheidet sich erheblich von der anderer Länder. Entwickelte Länder haben einen höheren Anteil von Schrott an der gesamten Stahlproduktion, der Einsatz von Eisenerzpellets ist verbreiteter und das Stromnetz weniger kohlenstoffintensiv, kohlenstoffärmere Brennstoffe wie Erdgas sind zu vergleichsweise erschwinglichen Preisen verfügbar. Im Gegensatz dazu ist in Indien aufgrund der vergleichsweise noch jungen industriellen Entwicklung nur begrenzt Schrott verfügbar und Erdgas sehr teuer. Außerdem verfügt Indien über eher minderwertige Rohstoffe Kohle und Eisenerz, deren Verwendung den Gesamtenenergieverbrauch und die Emissionen erhöhen. Zusammenfassend kommt ein Report des Stahlministeriums zu dem Ergebnis, dass die indische Stahlindustrie gezwungen ist, auch in Zukunft kohlebasierte Hochöfen und Drehrohröfen für die Stahlerzeugung zu verwenden, da es an erschwinglichen Alternativen fehlt. Folglich ist die Emissionsintensität des in Indien hergestellten Stahls mit 2,54 Tonnen CO2 pro Tonne Rohstahl (tCO2/TCS) deutlich höher als der weltweite Durchschnitt von 1,91 TCS.
Roadmap zur Dekarbonisierung „Greening the Steel Sector in India“
Als Reaktion auf Indiens Klimaverpflichtungen und in dem Bestreben eine weltweit wettbewerbsfähige und nachhaltige Stahlindustrie zu schaffen, hat das Stahlministerium diese Tage eine Roadmap zur Dekarbonisierung „Greening the Steel Sector in India“ vorgestellt. Der in der Roadmap angeführte 14-Punkte-Aktionsplan umfasst unterschiedliche Maßnahmen zur Dekarbonisierung. Neben der Entwicklung einer Taxonomie für grünen Stahl einschließlich eines zertifizierten Monitorings zur Emissionsüberwachung hat die indische Regierung auch grüne Leitmärkte zumindest für die öffentliche Beschaffung im Fokus. Ein erklärtes Ziel ist, die gesamte Wertschöpfungskette in den Blick zu nehmen und zu optimieren. Von der Rohstoffbeschaffung bis zur Endverarbeitung sollen Kosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden.
Ein Schwerpunkt der vorgeschlagenen Dekarbonisierungsmaßnahmen betrifft, wie in der indischen Industriepolitik generell, die Kohlenstoffabscheidung (Carbon Capture) einschließlich der Verfahren CO2-Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) und CO2-Verwendung (Carbon Capture and Utilization, CCU). Eine wichtige Rolle spielen auch erneuerbare Energien für die Stahlerzeugung sowie als eine Zukunftstechnologie mit Potenzial( grüner) Wasserstoff. Dabei spielt auch die Betrachtung des Prozessübergangs von kohlebasiertem DRI zu gasbasiertem DRI mit Erdgas als ein Brückenkraftstoff für grünen Wasserstoff im Stahlsektor eine wichtige Rolle. Konkret geht es um die Verlagerung der DRI-Produktion von kohlebasierten Drehrohröfen auf gasbasierte Schachtöfen, um einen nahtlosen Übergang zu grünem Wasserstoff zu ermöglichen. Dazu gehören neben Erdgas auch die Themen Prozessumstellung durch andere Optionen wie industrielle Abgase, Synthesegas und das Einblasen von Kohleflözgas beispielsweise in Hochöfen. Kohleflözgas, (Coal Bed Methane, CBM) ist eine unkonventionelle Form von Erdgas, die in Kohlelagerstätten oder -flözen vorkommt.
Eisen- und Stahlsektor ist in erster Linie auf Kohle und Koks angewiesen
Der Eisen- und Stahlsektor Indiens ist wie anderswo auch ist in erster Linie auf Kohle und Koks angewiesen, um den Bedarf an Prozesswärme zu decken und als Reduktionsmittel in der Stahlproduktion. Mit Blick auf die Dekarbonisierungsziele des Landes nimmt der Aktionsplan auch umweltschonende und nachhaltige Ersatzstoffe für Kohle und Koks in der Stahlproduktion in den Blick. Biokohle, aus Biomasse nachwachsender Pflanzen gewonnen, gilt als ein vielversprechender Kandidat für die Reduzierung von Emissionen in der Stahlproduktion. Allerdings steht seine breite Einführung in der Industrie im harten Wettbewerb mit den traditionellen kohlebasierten Brennstoffen, wie der Bericht einschränkt. Ohne ihre Wachstumsziele trotz einer noch auf Jahre hinaus starken Abhängigkeit von Kohle aufzugeben, verfolgen die indischen Stahlunternehmen bereits heute unterschiedliche Projekte zur Dekarbonisierung.
Zu den wichtigsten Maßnahmen gehören:
- Erneuerbare Energie: Ein Ziel ist die verstärkte Nutzung von erneuerbaren Energiequellen, um den Energiebedarf insbesondere bei der Elektrostahlerzeugung zu decken.
- Recycling: Die Stahlindustrie setzt auf die Erhöhung des Anteils von recyceltem Stahl, um den Bedarf an Primärstahl zu verringern und die damit verbundenen Emissionen zu reduzieren.
- Innovation: Die Einführung neuer Technologien, wie z.B. Wasserstoff-basierte Stahlproduktion soll die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern.
Eine entscheidende Rolle spielen Kooperationen für Innovation und Technologie. Die Stahlindustrie investiert in Forschung und Entwicklung, um innovative Produkte und effizientere Produktionsprozesse zu entwickeln. Dazu gehen indische Stahlunternehmen Partnerschaften mit anderen Stahlunternehmen und den führenden metallurgischen Anlagenbauern wie SMS group und Primetals Technologies ein, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen.
SAIL: Kohlenstoffabscheidung und Digitalisierung
Der größte Stahlproduzent im Land, der staatseigene Betrieb Steel Authority of India Limited (SAIL), hat mit dem Anlagenbauer SMS group eine umfassende Absichtserklärung für die Entwicklung von Prozessen zur Dekarbonisierung der Eisen- und Stahlerzeugung in den indischen Werken abgeschlossen. Speziell für das Rohrwerk Rourkela im indischen Bundestaat Odisha setzt Sail auf eine Partnerschaft mit Primetals. Auch dort stehen Technologien wie CCU, wasserstoffbasierte Stahlerzeugung, Elektrostahlerzeugung und Digitalisierung zur Optimierung der Produktionsprozesse auf der Agenda.
Tata Steel: Vermeidung und Abscheidung von Kohlenstoff
Indiens Globalist Tata Steel, einer der geografisch am stärksten diversifizierten Stahlproduzenten der Welt mit Niederlassungen in 26 Ländern, hat sich verpflichtet, seine Emissionsintensität bis 2030 auf unter 1,8 Tonnen CO2 pro Tonne Rohstahl zu senken und bis 2045 netto null zu erreichen. An seinen indischen Standorten verfolgt Tata Steel einen zweigleisigen Ansatz zur Dekarbonisierung, der sich auf die Vermeidung von Kohlenstoff (CDA) und die Abscheidung und Nutzung von CO2 (CCU) konzentriert. Der Stahlerzeuger setzt dabei auf Technologien wie am Hochofen das Einblasen von Kohleflözgas und die Wasserstoffinjektion, sowie den Betrieb einer CCU-Anlage zur Abscheidung und Nutzung von Kohlenstoff im Pilotmaßstab. Zu den ergriffenen Maßnahmen zählt auch die Erhöhung des Schrotteinsatzes in den Hochöfen. Am Standort Ludhiana will das Unternehmen ein modernes Langprodukt-Stahlwerk auf Basis eines Elektrolichtbogenofens (EAF) errichten, das einen minimalen Kohlenstoff-Fußabdruck aufweist und eine Kapazität von 0,75 Mio. Tonnen pro Jahr hat. Einen weiteren Dekarbonisierungspfad verfolgt Tata Steel mit seinem grünen Wasserstoffprojekt am Standort Jamshedpur, das sich noch in der Anfangsphase befindet. Das Unternehmen hat Ende Aprol 2023 einen laut eigenen Angaben weltweit einmaligen Testlauf gestartet, bei dem Wasserstoff anstelle von Einblaskohle und Koks im Hochofen E des Jamshedpur-Werks eingesetzt wird. Über vier Tage wurden etwa 6 kg Wasserstoff pro Tonne Roheisen verwendet, rund 40% der Einblassysteme des Hochofens wurden für die Wasserstoffinjektion genutzt. Tata Steel zu Folge ist es der erste Versuch weltweit, eine so große Menge Wasserstoff kontinuierlich in einen Hochofen einzublasen. Ziel des Pilotprojekts sei es, herauszufinden, wie viel Kohlenstaub durch Wasserstoff ersetzt werden kann um den Verbrauch fossiler Brennstoffe und damit die CO2-Emissionen des Stahlherstellungsprozesses zu senken. Die Übernahme dieser Technologie in großem Maßstab und ihre breite Einführung werde davon abhängen, wie schnell die Kosten für Wasserstoff auf ein wettbewerbsfähigeres Niveau sinken. Auch am Standort Meramandali hat Tata Steel einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Dekarbonisierung seiner Produktion unternommen und den Anlagenbauer SMS group im Juni dieses Jahres mit der Modernisierung und dem Einbau einer Einblastechnologie für Koksofengas beauftragt. Koksofengas ist ein Nebenprodukt, das bei der Herstellung von Koks aus Kohle in Kokereien entsteht. Das Projekt ist das erste seiner Art in Indien. Durch Nutzung des chemischen Potenzials des Koksofengases (COG) können mit dem neuen Verfahren pro eingeblasenem Kilogramm COG circa 0,65 Kilogramm Koks eingespart werden, was die Betriebskosten und gleichzeitig den CO2-Fußabdruck erheblich reduziert. Tata Steel Kalinganagar wiederum ist das erste indische Werk, das aufgrund seiner führenden Rolle bei der Anwendung von Industrie-4.0-Technologien in das Global Lighthouse Network des Weltwirtschaftsforums aufgenommen wurde. ####JSW: Kohlenstoffabscheidung und erneuerbare Energien JSW Steel, einer der führenden Stahlproduzenten des Landes plant eine Steigerung seiner inländischen Kapazität von 27,5 Millionen Tonnen auf 38,5 Millionen Tonnen bis 2024/25. Erst kürzlich unterzeichneten JSW und die koreanische Posco eine Absichtserklärung zur Entwicklung eines integrierten Stahlwerks in Indien mit einer Anfangskapazität von 5 Millionen Tonnen pro Jahr. Die beiden Konzerne werden auch Kooperationen in den Bereichen Batteriematerialien für Elektrofahrzeuge und erneuerbare Energien prüfen, um den Eigenbedarf des geplanten integrierten Stahlwerks zu decken. JSW Steel hat sich zum Ziel gesetzt, die CO2-Emissionen der Stahlproduktion bis 2030 um 42 % gegenüber dem Basisjahr 2021 zu senken und Netto-Null bis 2050 zu erreichen. Bereits 2022 schlossen SMS und JSW Steel dazu eine Vereinbarung für Projekte zur Verringerung des CO2-Ausstosses. Bis 2030 will das JSW Steel eine Leistung von 20 GW an erneuerbarer Energie und eine Speicherkapazität von 40 GWh erreichen. Daneben konzentriert sich JSW auch auf die Aufbereitung von Rohstoffen, schrottbasiertem Stahl und den Einsatz von grünem Wasserstoff im Stahlsektor. So plant das Schwesterunternehmen JSW Energy die Inbetriebnahme einer großen Anlage für grünen Wasserstoff, der in der Produktion von CO2-armen Stahl eingesetzt werden soll. In der DRI-Anlage Dolvi betreibt JSW Steel zudem eine Pilotanlage zur Kohlenstoffabscheidung mit einer Kapazität von 100 Tonnen pro Tag (tons per day, TPD).
JSP: Indiens Nummer drei mit starkem Fokus auf Kohlenstoffabscheidung
JSP will die Kohlenstoffemissionen bis 2030 um 35 % reduzieren bis 2047 netto null erreichen. Die Dekarbonisierungsstrategie von JSP konzentriert sich auf Kohlenstoffminimierung, Kohlenstoffvermeidung und Kohlenstoffkreislaufwirtschaft mit Kohlenstoffabscheidung und Wegen zur Kohlenstoffnutzung sowie zur Sequestrierung von CO2. JSP betreibt eine 2000-TPD-Kohlenstoffabscheidungsanlage in seiner Syngas-Anlage und 1500 TPD Kohlenstoffabscheidungsanlage in der DRI-Sektion.
Adani: Grünes integriertes Stahlwerk geplant
Das Industriekonglomerat Adani Group hat Anfang 2022 eine Kooperation mit dem südkoreanischen Stahlriesen Posco angekündigt. Gemeinsam wollen die Partner ein integriertes Stahlwerk in Mundra, Gujarat, errichten, das auf Posco-Technologie basiert und erneuerbare Energien und grünen Wasserstoff nutzt.
Autor: Gerd Krause, Mediakonzept, Düsseldorf