Eisen und Stahl
Im Rahmen des Begleitforschungsprojekts findet die Abgrenzung der einzelnen Branchen anhand der Klassifikation der Wirtschaftszweige des verarbeitenden Gewerbes nach dem statistischen Bundesamt statt.1Statistisches Bundesamt 2008.
Für die Branchen-Forschungsfelder werden dabei die folgenden Klassen subsumiert:
Eisen und Stahl
- 24.10 Herstellung von Roheisen, Stahl und Ferrolegierungen, darunter
- Hochofen-Eisenreduktion
- Oxygenstahl-Herstellung
- Direktreduktionsverfahren
- Elektrostahl-Herstellung
- Ferrolegierungen
- 24.20 Herstellung von Stahlrohren, Rohrform-, Rohrverschluss- und Rohrverbindungsstücken aus Stahl
- Stahlrohr-Walzen
- 24.31 Herstellung von Blankstahl
- 24.32 Herstellung von Kaltband mit einer Breite von weniger als 600 mm
- 24.33 Herstellung von Kaltprofilen
- 24.51 Eisengießereien
- 24.52 Stahlgießereien
Gesamtwirtschaftliche Bewertung
Die Herstellung von Roheisen und Rohstahl sowie deren erste Bearbeitung sind Grundpfeiler der deutschen Volkswirtschaft. Stahl ist für den Aufbau von Infrastrukturen, insbesondere im Gebäude- und Mobilitätsbereich, derzeit unverzichtbar. Darüber hinaus ist die Stahlproduktion zentraler Lieferant für eine der bedeutendsten Branchen der deutschen Wirtschaft, die Kfz-Industrie. Deutlich wird dies an der Stahlnachfrage in Deutschland (siehe 3): ca. 35 % der nachgefragten Stahlmengen gehen in die Bauwirtschaft, weitere 26 % in den Automobilbau. Auch der Maschinenbau als einer der Träger der deutschen Wirtschaft ist mit 11 % ein bedeutender Stahlnachfrager.
Die Herstellung von Roheisen und Rohstahl ist sehr energie- und emissionsintensiv. Die Rohstahlproduktion in Deutschland liegt seit vielen Jahren (unter Nicht-Berücksichtigung der Wirtschaftskrise 2009) stabil zwischen ca. 42 und 49 Mio. t pro Jahr, im Jahr 2016 betrug sie 42,1 Mio. t.2Wirtschaftsvereinigung Stahl 2017. Die Emissionen der deutschen Eisen- und Stahlherstellung summierten sich 2016 auf 53,2 Mio. t CO2.-äq, darunter 37,2 Mio. t energiebedingte und 16 Mio. t prozessbedingte Emissionen. Letztere entstammen überwiegend aus dem Einsatz von Koks als Reduktionsmittel im Hochofen (und in geringerem Umfang durch den Einsatz von Kalkstein im Hochofen sowie Elektrodenabbrand im Elektrolichtbogenofen).
Ca. zwei Drittel des erzeugten Rohstahls werden in integrierten Hüttenwerken als Oxygenstahl hergestellt. Das verbleibende Drittel wird über die Elektrostahlroute überwiegend aus Stahlschrott hergestellt, wobei sich der Elektrostahlanteil seit 1990 verdoppelt hat. Daneben kommt an einem Standort in Hamburg das Direktreduktionsverfahren mit Erdgas zum Einsatz.
Die Struktur des Energieverbrauchs unterscheidet sich erheblich, abhängig von den geschilderten Verfahren. Bei der integrierten Hochofenroute dominiert die Steinkohle als Ausgangsstoff für Koks sowie geringere Mengen anderer Kohlen, fester und flüssiger fossiler Energieträger. In den integrierten Hüttenwerken werden die bei der Kokerei, am Hochofen und am Konverter entstehenden Prozessgase weitestgehend zur Eigenstromversorgung genutzt, weshalb der Fremdstrombezug gering ausfällt. Die auf Kohle als Reduktionsmittel und Energieträger basierende Hochofenroute (BF-BOF) ist seit Jahrzehnten Stand der Technik in der Produktion. Endenergieeffizienzpotenziale sind weitgehend ausgereizt. Allerdings gibt es noch erhebliche Potenziale auf Seiten der Nutzenergie durch Abwärmenutzung. Bei der Sekundärroute dominiert der Strombedarf des Elektrolichtbogenofens. Die Elektrostahlroute produziert derzeit meist Stähle geringerer Qualität (Baustahl) aufgrund der dem Schrott anhaftenden Verunreinigungen bzw. mangelnder getrennt Erfassung und Sortierung von Schrotten.
Nach der Herstellung des Rohstahls schließt sich die sekundärmetallurgische Weiterverarbeitung, das Vergießen und für die überwiegende Menge die Weiterverarbeitung zu Walzstahlprodukten (wie z.B. Flachband für die Automobilbranche oder lange Produkte für den Bausektor) im Walzwerk an. In der Regel erfolgt nach dem Stranggießen eine Abkühlung mit anschließender Erwärmung der Brammen für das Warmwalzen. Dies geht mit erheblichen Ineffizienzen des Energieeinsatzes einher. Diese Energieverluste kann das Dünnband-Gießen weitgehend vermeiden.