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ENProjektmenu
- Projekt 2.1Continuous hydrogen plasma smelting reduction process development
- Projekt 2.2Domestic ore for green steel
- Projekt 2.3Carbonatisation
- Projekt 2.4Energy efficient carbon capture and utilisation process
- Projekt 2.5Green and smart furnaces
- Projekt 2.6Smelter development for net zero-carbon steelmaking
- Projekt 2.7Flowsheet modelling for CO2 reduction
- Projekt 2.8Alternative Iron and Carbon sources
Projekt 2.8
Alternative Iron and Carbon sources
Einleitung
Die Verfügbarkeit von grünem Kohlenstoff und aufbereitetem, eisenhaltigen Bauxitrückständen (Rotschlamm) kann die Stahlerzeugung über den Einsatz erneuerbarer Energieträger (Wasserstoff, Strom) hinausbringen und die Nachhaltigkeit der Prozesse und Produkte erhöhen.
Ökologischer Kohlenstoff: Organische Materialien können zu Pflanzenkohle pyrolysiert werden, die als Kohlenstoffträger Anwendung für zwei verschiedene Zwecke in der Stahlerzeugung findet: erstens für die Reduktion von Eisenoxiden, die in direkt reduzierten Eisen (DRI) verbleiben, und zweitens für die Aufkohlung von Eisen zu Roheisen oder Stahl.
Pyrolyseanlagen der Next Generation Elements GmbH können verschiedene Inputmaterialien zu hochwertiger Pflanzenkohle verarbeiten. Diese wird, nach dem Ausstieg aus fossilen Kohlenstoffträgern, ein wichtiges Einsatzmaterial in der Stahlindustrie sein. Die Nachfrage nach Pflanzenkohle wird auch die Entwicklung der pyrogenen Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (PyCCS) fördern.
Ermafa Environmental Technologies GmbH als zweites Mitglied im Projektkonsortium hat die REDREC-Technologie entwickelt, die Bauxitrückstände in eine eisenreiche Fraktion als Eisenerz für die Stahlerzeugung und in eine kalzium- und magnesiumreiche Fraktion mit potenzieller Nutzung für CCS (Carbon Capture and Storage) trennt.
Dies ermöglicht uns Entwicklungen in den folgenden Prozessen:
Die Laugung bietet einen weiteren Verarbeitungsschritt des Bauxitrückstands zur Rückgewinnung wertvoller Bestandteile, bevor dieser einem Folgeprozess zugeführt wird. Es kann ein Einsatzmaterial mit höherem Eisengehalt erzielt werden, was in Folge die Effizienz der weiteren Prozesse erhöht.
HYFOR-Smelter (siehe Projekt 2.2 und 2.6) beschäftigt sich mit der Verarbeitung des eisenreichen Produkts aus Bauxitrückstand als neue Eisenquelle durch Forschung an einer nachhaltigen Produktion von Roheisen. HYFOR nutzt Wirbelschichttechnologie zur Direktreduktion von Eisenoxid mittels grünen Wasserstoffes. Im elektrischen Smelter-Ofen wird das DRI zusammen mit Pflanzenkohle und Additiven zur hochofenähnlichen Roheisen- und Schlackenproduktion verwertet.
Die Wasserstoffplasma-Schmelzreduktion (HPSR) im Projekt SuSteel Follow-up kann die eisenreiche Bauxitrückstandsfraktion zur direkten Stahlerzeugung nutzen. Eisenoxide werden mit Wasserstoffplasma reduziert, geschmolzen und Legierungselemente, wie Kohlenstoff aus Pflanzenkohle hinzugefügt, um eine effiziente, nachhaltige und einstufige Stahlproduktion zu ermöglichen.
Durch Karbonatisierung kann CO2 in der kalzium- und magnesiumreichen Fraktion des Bauxitrückstands gespeichert werden, um einen alternativen Weg für CCS (Carbon Capture and Storage) zu ermöglichen.
Ziele und Motivation
- Kreislaufwirtschaft durch Upcycling von problematischem, deponiertem Rotschlamm aus der Bauxitverarbeitung
- Rückgewinnung von wertvollen Metallen
- Alternative Quelle für Eisenträger ergänzend zu klassischen Eisenerzen
- Verwendung von sekundären Kohlenstoffträgern wie Pflanzenkohle in metallurgischen Prozessen zur Reduktion von DRI und Aufkohlung von Roheisen
- Vernetzung mehrerer in der Entwicklung befindlicher Verfahren zur gemeinsamen Nutzung von Wissen
- Alternativer Weg für Carbon Capture and Storage
Vorgehensweise
- Wasserstoffplasma-Schmelzreduktion (HPSR) von aufbereitetem, eisenreichem Bauxitrückstand für die Stahlproduktion
- Wasserstoffbasierte Direktreduktion in einer Wirbelschicht (HYFOR) für die DRI-Produktion
- Elektrisches Schmelzen (Smelter) von DRI mit sekundären Kohlenstoffträgern für grünes Roheisen
- Untersuchung von sekundären Kohlenstoffträgern und ihrer Reaktivität in metallurgischen Prozessen
- Laugung zur Rückgewinnung wertvoller metallischer Bestandteile, z. B. Fe, Al, Ti, Na und seltene Erden, aus Bauxitrückständen unterschiedlicher Herkunft
- Karbonatisierung von eisenarmen Rückständen zur langfristigen Speicherung von CO2 durch Verwertung von Ca- und Mg-reichem Abfallmaterial
- Versuche im Labor- und Pilotmaßstab zum Nachweis des Einsatzes von sekundären Kohlenstoff- und Eisenquellen sowie von technologischen Synergien und einer effektiven strukturellen Zusammenarbeit
Ergebnisse und Anwendung
Im Rahmen dieses Projekts werden die Eignung von Pflanzenkohle als sekundärer Kohlenstoffträger und mechanisch aufbereitete Bauxitrückstände aus ausgewählten Quellen in HPSR-, HYFOR-, Smelter-, Karbonatisierungs- und Laugungsprozessen untersucht. Die Ergebnisse können direkt zu hochskalierten Versuchen mit eisenreichen Bauxitrückständen und Pflanzenkohle als Kohlenstoffträger in einer großen, kontinuierlichen HYFOR-Smelter-Demonstrationsanlage führen. Sobald beide Materialien in industriellem Maßstab eingesetzt werden können, werden sie nicht nur als nachhaltige Einsatzstoffe, sondern auch als ein wichtiger Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft im Aluminiumsektor und als erneuerbare Kohlenstoffquelle angesehen werden. Die Produktqualität muss den derzeitigen Industriestandards entsprechen.