Projekt Safe H-DRI

Sicherer Transport von DRI aus der H2-basierten Direktreduktion unter Berücksichtigung der qualitätsbezogenen H-DRI-Reaktivität, der Stabilität, der Effizienz von Passivierungsverfahren sowie von Gesundheits- und Recyclingaspekten

Projektbeschreibung

Die Verfügbarkeit von Schrott sowie die Qualitätsanforderungen an Hightech-Stahlsorten verhindern, dass sich der gesamte Stahlbedarf durch Recycling von Schrott decken lässt. Die primäre Stahlerzeugung wird weiterhin notwendig sein und muss daher dekarbonisiert werden. Dies führt zu einer Erhöhung des Anteils der Direktreduktion (DR), um Eisenschwamm (DRI) zur Deckung des Stahlbedarfs zu verwenden und metallische und andere Verunreinigungen in minderwertigen Schrottsorten zu verdünnen.

Die meisten heute verfügbaren Eisenerze bieten keine ausreichende Qualität für die Verwendung in der DRI-basierten Stahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen (EAF). Bei der angestrebten Erweiterung der Rohstoffpalette auf Erze mit geringerer Qualität müssen daher die damit verbundenen technischen und qualitativen Beschränkungen von DRI als kaltes DRI (cold-DRI)-Einsatzmaterial für EAF-Prozesse noch ermittelt und bewertet werden. Des Weiteren sieht der Weg zur Dekarbonisierung der Stahlindustrie die Herstellung von DRI mit Wasserstoff (H₂, wasserstoffbasiertes DRI, kurz: H-DRI) vor, was sich auf die Produkteigenschaften, die daraus resultierende Leistung in nachgelagerten Prozessen und die Stahlqualität, z. B. den Metallisierungsgrad, auswirkt. Da Ammoniak (NH₃) das Potenzial hat, die Verfügbarkeit von Wasserstoff für die Direktreduktion zu erhöhen, trägt Forschungstätigkeit in diesem Bereich wesentlich zur Beschleunigung der Dekarbonisierung bei.

Das Projekt Safe H-DRI orientiert sich an den politischen und RFCS-Forschungszielen (Green Deal, Just Transition), um neue Technologien für umweltfreundlichen Stahl zu unterstützen und die Nachhaltigkeit der Prozesse, die Evaluierung und die Minimierung von Sicherheits- und Gesundheitsrisiken entlang der Prozesskette sicherzustellen. Das neu gewonnene Wissen über das Verhalten von H-DRI trägt zu einer aktualisierten Standardisierung von Transportsystemen bei und erweitert bestehende oder neue Transportrichtlinien. Da der Transport von H-DRI in Zukunft voraussichtlich stark zunehmen wird, unterstützt die sichere Beförderung und Handhabung von H-DRI das Ziel der EU, eine ressourceneffiziente und wettbewerbsfähige Wirtschaft zu schaffen.

Projektziele

Der zunehmende Einsatz von H-DRI wird auch den Transport über die Schiene oder Übersee erhöhen, da nicht das gesamte DRI in der EU oder direkt am Standort des Stahlherstellers produziert werden kann. DRI, das aus Direktreduktionsprozessen unter Verwendung von Erdgas mit oder ohne H₂ stammt, ist mit seinem hohen Metallisierungsgrad reaktiv. Bei ungünstigen Umgebungsbedingungen (feuchte Luft, Wassereinwirkung) können exotherme Reaktionen auftreten, wie z. B. lokale Selbsterhitzung während des DRI-Transports oder in einer DRI-Halde. DRI reagiert mit Wasser oder Feuchtigkeit zu Wasserstoff und Sauerstoff. In Verbindung mit selbsterhitzungsfähigem Material kann dies zu einer ernsthaften Explosionsgefahr führen.

Insbesondere der Kontakt mit Seewasser kann zu heftigen Reaktionen führen, was in jüngster Vergangenheit bereits zum Totalverlust zweier Frachtschiffe geführt hat. Des Weiteren fehlt es in Bezug auf H-DRI und die Verwendung von minderwertigen Erzen in der DR an Kenntnissen über die Stabilität von H-DRI (Riss- und Feinkornbildung), das Reoxidationsverhalten während des H-DRI-Transports und der damit verbundenen Handhabung (Be- und Entladen) sowie über das Recycling des entstehenden Feinkorns. Die Ziele des Projekts Safe H-DRI lauten daher wie folgt:

Anpassung eines Konzepts für eine industriell umsetzbare Logistikkette einschließlich Verladung, Container, Transport, Entladung und Lagerung an die H-DRI-Anforderungen
Verwendung unterschiedlicher Eisenerzqualitäten, auch von minderwertigem Eisenerz (z.B. BF-Pellets und recycelte Feinstoffe/Stäube, die in Pellets oder Briketts umgewandelt werden) zur Herstellung von H-DRI mit 100% H₂ und NH₃ (Mischung aus H₂/Ar-NH₃)
Untersuchung des Reoxidationsverhaltens von H-DRI unter verschiedenen, für den Transport üblichen Bedingungen (Trocken-/Nasslagerung unter Salzwasserbedingungen, feuchte Luft, erhöhte Temperatur)
Quantifizierung der Rissbildung bei der Handhabung von H-DRI und der Bildung von Feinanteilen sowie Entwicklung von Möglichkeiten zu dessen Wiederverwendung
Ermittlung von Zusammenhängen zwischen unterschiedlicher H-DRI-Qualität (Metallisierung, Gangart-Gehalt, Partikelgröße), Gefahren und Risiken sowie Identifizierung kritischer Faktoren für einen sicheren Transport
Erforschung des Potenzials von Passivierungsmethoden für H-DRI zur Vermeidung von Gefahren und Risiken durch Reoxidation (Selbsterhitzung, Entzündung, lokale Explosionen) während des Transports und der damit verbundenen Handhabung, einschließlich der damit verbundenen Auswirkungen auf den Verlust der Metallisierung, die Partikelgrößen und die Staubzusammensetzung
Standardisierung von Transportsystemen und Aktualisierung bestehender Transportrichtlinien mit innovativen Erkenntnissen über das Verhalten von H-DRI

Rahmenbedingungen

PROJEKTLAUFZEIT:

1. Oktober 2024 – 31. März 2028

FÖRDERPROGRAMM:

Dieses Projekt wird durch den Research Fund for Coal and Steel der Europäischen Union gefördert (Grant Agreement no. 101150482).

PROJEKTKONSORTIUM:

Beginnend mit der Projektkoordination, setzt sich das Konsortium aus folgenden Mitgliedern zusammen: