Neue Wege für weniger CO2

Markt

Emissionshandel - Zu einem Rollenstudium der energieintensiven Art hatten die Energieintensiven Industrien (EID) nach Nordrhein-Westfalen eingeladen: Im Mittelpunkt standen Termine bei ThyssenKrupp Steel in Duisburg und Papierproduzent UPM Hürth, die mit Netzwerk-Strategien den Energieverbrauch etwa beim Herstellen von Stahl- und Papierrollen deutlich verbessern wollen.

22. Juli 2015

Was haben Stahlwerk und Papierfabrik gemeinsam? Bei näherem Hinsehen ergeben sich gleich mehrere Nenner: Beide Industrien wickeln ihre Endprodukte auf Rollen - bei Stahl Coil genannt. Und sie verbrauchen sehr viel Energie, die sie teilweise mit einem hohen Anteil selbst erzeugen. Außerdem entsteht bei der Produktion viel Kohlendioxid. Daher zählen beide Branchen zu den Industrien, die wegen ›Zehn Jahre Emissionsrechtehandel‹ nicht in Feierlaune sind. »Arg besorgt uns, dass der Emissionshandel bisher keine Nachahmer in den großen Industrienationen gefunden hat«, sagt Hans Jürgen Kerkhoff, Präsident der Wirtschaftsvereinigung Stahl. Dabei stören die Stahlhersteller die ständigen Änderungen der Europäischen Kommission, die künftig eine anteilige Belastung auch bestehender Eigenstromanlagen mit 20% der EEG-Umlage fordert.

Um auf diese Verschlechterung der Randbedingungen zu reagieren, ist die Stahlindustrie auf neue technische Wege angewiesen. »Seit 1950 hat die deutsche Stahlindustrie den Primärenergieverbrauch der Roheisenerzeugung halbiert«, stellt Dr. Herbert Eichelkraut, Vorstand der Produktion der Thyssen-Krupp Steel Europe (TKSE), fest. »Wir sind nun an einem technischen Limit und kommen allein nicht mehr weiter.« Etwa zwei Drittel des in Deutschland produzierten Stahls entstehen über die Produktionsstrecke Hochofen und Konverter, ein Drittel in Elektrostahlwerken. Beide Verfahren benötigen viel Energie: 48TWh an Strom und Gas bezieht die deutsche Stahlindustrie. Allein 4% des Gesamtstromverbrauchs Deutschlands entfallen auf die Stahlindustrie.

Der Energiebedarf von TKSE in Duisburg, dem größten Flachstahlhersteller Deutschlands, ist sehr hoch. Denn es handelt sich um den weltweit einzigen Stahlstandort mit zwei Hochöfen. Ein derart großes Werk braucht so viel Energie wie Berlin. Allerdings zählt die Branche auch zu den großen industriellen Energieerzeugern, die rund 40% ihrer Energie selbst erzeugen.

Diesen hohen Anteil verdankt sie den Prozess- oder Kuppelgasen, die bei der Hochofen-Konverter-Route entstehen. Sie müssen im Verbund des Hüttenwerks in anderen Anlagen zum Erzeugen von Wärme und Strom genutzt werden, denn die Tag für Tag entstehende Menge ließe sich nicht speichern. In Duisburg entstehen pro Stunde rund 2Mio.Nm³. Um die Prozessgasproduktion eines einzigen Tages zu speichern, wären 150 große Gasometer wie etwa der in Oberhausen mit einem Fassungsvermögen von rund 300.000m³ nötig.

Prozessgase für KWK und künftig für Chemieproduktion

»Wir nutzen die Prozessgase zu 99 Prozent«, betont Eichelkraut. »TKSE hat also nahezu keine Energieverluste etwa durch Abfackeln.« Die Gase nutzen die Duisburger zum Decken des Strombedarfs bei der Stahlherstellung und der Weiterverarbeitung, als Brennstoff in der Weiterverarbeitung und über Kraft-Wärme-Kopplung auch als Abwärme für rund 20.000 Haushalte der Region. Der Wirkungsgrad liegt bei 60%. »Doch trotz optimaler Ausnutzung der Energie aus Prozessgasen entsteht CO2, das sich prozessbedingt nicht vermeiden lässt«, sagt der Produktionsvorstand.

Weil aber das konventionelle Energiemanagement anscheinend weitestgehend ausgereizt ist, geht TKSE völlig neue Wege. Das Zauberwort heißt ›Carbon-2-Chem‹. »Wir wollen in Zukunft Hüttengase aus unserem Stahlwerk in Duisburg einschließlich des darin enthaltenen CO2 als Ausgangsstoff für die Chemieproduktion nutzen«, kündigte Thyssen-Krupp-Vorstandschef Heinrich Hiesinger im Herbst 2014 an. Ziel ist ein »grünes« Stahlwerk, das praktisch ohne Umweltverschmutzung durch CO2 arbeitet, weil es das Treibgas an die Chemiekonzerne zur weiteren Nutzung etwa bei der Ammoniak- oder Harnstoffherstellung weiterleitet.

Für diese Lösung spreche laut Eichelkraut, das ein Prozessgas sehr ähnlich wie ein typisches Synthesegas der Chemieindustrie zusammengesetzt ist. Dazu bedarf es allerdings eines branchenübergreifenden Industrieverbundes: TKSE hat ein cross-industrielles Netzwerk mit AkzoNobel, BASF, E.on, Evonik, Siemens, Linde und Clariant aufgebaut. Die Duisburger wollen die bei viel Sonne oder starkem Wind im Überschuss vorhandene elektrische Energie zum Herstellen von Wasserstoff nutzen, der für die chemische Weiterverarbeitung der Prozessgase nötig sei. »Wir würden also nicht mehr wie bisher das Hüttengas zu einer Emission bringen«, betont der Vorstand. Dazu soll in diesem Jahr in Duisburg der Aufbau eines Forschungstechnikums starten, das die Detailarbeit für das grüne Stahlwerk übernimmt, das bis 2030 entstehen soll.

Blauer Engel für Papierwerk

Die gleichen Sorgen drücken auch die deutsche Zellstoff- und Papierindustrie, die mit einem Energieverbrauch von rund 65Mio.MWh hinter der chemischen und der Metall erzeugenden Industrie an dritter Stelle steht. Zu den weltweit führenden Papierherstellern gehört UPM Paper, ein Geschäftsbereich der finnischen Aktiengesellschaft UPM-Kymmene Oyj aus Helsinki. Etwa jeden zweiten Euro verdient der Konzern mit dem Papiergeschäft, bei dem er nach eigenen Angaben einen Weltmarktanteil von 22% hält.

Einer der wichtigsten Standorte ist die Rhein Papier (UPM Hürth), gegründet 2001 vor den Toren Kölns im Industriegebiet Hürth-Knapsack. Sie gilt als eine der modernsten Fabriken der Branche, die jährlich aus Altpapier 330.000t Zeitungspapier herstellt. Das mit dem Blauen Engel für umweltfreundliche Produktion ausgezeichnete Werk recycelt und separiert die getrockneten Papierschlämme, Druckfarbenreste, Mineralien und die metallischen Abfälle nahezu komplett.

Das Werk ist ein Beispiel für den mittlerweile hohen Öko-Standard moderner Papierfabriken, die oft Strom und Dampf aus dem benachbarten Kraftwerk beziehen. Im Fokus steht dabei das Energiesparen. So konnte das Werk innerhalb von fünf Jahren den Energieverbrauch um 19% senken trotz des Einsatzes der schnellen Voith-Papiermaschine, die seit Jahren den Geschwindigkeitsweltrekord bei der Zeitungspapierherstellung hält. Das zur Papierproduktion nötige Wasser stammt aus einem Tiefenbrunnen in der direkten Umgebung: Der Bedarf an Frischwasser und damit auch der Anteil an Abwasser ließ sich seit 2006 um 30% senken.

UPM setzt besonders auf die Modernisierung seiner Produktionsanlagen. Eine neue Papiermaschine kostet rund 400 bis 600 Mio.€, inklusive der gesamten Infrastruktur, rechnet Dr. Bernd Eikens, Executive Vice President UPM Paper Europe & North America, vor. Auch wegen dieser hohen Kosten würden die Anlagen regelmäßig einer Generalüberholung unterzogen, bei der sie bessere und energiesparende Regelungstechnik, Räder, Achsen und Antriebe erhalten. Dieses Retrofitting koste jeweils rund 40 bis 80Mio.€ und sei branchenüblich. Daher gäbe es viele Anlagen, die mehr als vier Umbauten erhalten und so oft länger als 60 Jahre arbeiten.

Wasserverbrauch als Drehpunkt

Eine wichtige Rolle spielen beim Energiesparen für UPM auch die Investitionen in eigene Kraftwerke, die mit der Zellstoffproduktion eng zusammenarbeiten: Ein Beispiel ist das neue GuD-Kraftwerk in Schongau, das im KWK-Betrieb einen Gesamtwirkungsgrad von 90% erreicht und das seine Leistung bei nahezu identischem Gaseinsatz im Vergleich zum alten Dampfkraftwerk auf mehr als 70MWel verdoppelt hat. Zudem habe der Geschäftsbereich seit dem Jahr 2000 mehr als 2Mrd.€ für die CO2-neutrale Wärme- und Stromerzeugung an seinen Werksstandorten ausgegeben.

Das Drehen an den Energiekosten gehört zu den wichtigsten Überlebensfragen der gesamten Branche: So haben die deutschen Papierfabriken seit 1995 ihren Energieverbrauch um 12% und den CO2-Ausstoß um fast 35% verringert. Ein Grund sind ständig sinkende Verkaufspreise für Papier und ständig steigende Energiekosten, die rund 15 bis 30% der gesamten Herstellkosten ausmachen. Rund 800Mio.€ betragen etwa bei UPM Paper die aktuellen Energiekosten.

»Rund 90 Prozent im Produktionsablauf ist Wasser. Je weniger Wasser wir verwenden, desto weniger Energie verbrauchen wir«, erklärt Eikens in seiner Funktion als Vizepräsident des Verbandes Deutscher Papierfabriken die Faustformel. »So konnte UPM bei einem exklusiven Papier für das englische Magazin Economist in den Jahren 1992 bis 2012 den Wasserbedarf um 35 Prozent und den Stromverbrauch um 40 Prozent senken.«

Nikolaus Fecht

Sparpotenzial bei Chlorherstellung

30 Prozent weniger Strombedarf durch SVK

Nordrhein-Westfalen hat ein stromsparendes Verfahren von Bayer Materialscience zur Chlorherstellung als Vorzeigeprojekt für den Klimaschutz ausgezeichnet. In der Kategorie ›Ressourcen schonen‹ erreichte die Technik den zweiten Platz der Klima-Expo.NRW. »Mit diesem Projekt zeigt Bayer Material-Science, wie die energieintensive chemische Industrie ihren Beitrag zum Klimaschutz leisten und gleichzeitig ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken kann«, so NRW-Umweltminister Johannes Remmel. Die gemeinsam mit Thyssen-Krupp entwickelte Technik der Sauerstoffverzehrkathode (SVK) senkt den Strombedarf bei der energieintensiven Herstellung der Grundchemikalie Chlor um bis zu 30%. Würden zum Beispiel alle Chlorproduzenten in Deutschland die Technik einführen, ließe sich der gesamte Energieverbrauch des Landes um rund 1% senken, teilt Bayer Materialscience weiter mit.

Erschienen in Ausgabe: 06/2015