Pfad 4 – Wasserstoff statt Gießereikoks

Potenzielle Alternative für Heißwindkupolöfen

 

Diesem Transformationspfad liegt im Wesentlichen die Substitution von 80 Prozent des Gießereikokses durch Wasserstoff in Heißwindkupolöfen (MG 1) bei Elektrifizierung aller weiteren Thermoprozesse sowie Anwendung der BVT zugrunde. Für die Strukturbildung und Aufkohlung im Kupolofen wird von der Verwendung eines bleibenden Anteils von 20 Prozent Gießereikoks ausgegangen. Sofern das Problem der mangelnden Heißfestigkeit von Biokoks gelöst würde, könnte dieser den fossilen Koks ersetzen.

Emissionsentwicklung und Energiebedarf

  • Pfad 4 führt zwar zu stark reduzierten CO2-Emissionen, erreicht jedoch keine branchenweite Treibhausgasneutralität.
  • Am Ende des Betrachtungszeitraums 2045 verbleibt ein fossiler Koksverbrauch von 0,45 TWh, was einer Reduktion um 87 Prozent gegenüber dem Jahr 2020 entspricht. Daraus resultieren Restemissionen von 0,2 Mio. t CO2.
  • Von einer Wasserstoffnutzung in MG 1 wird aufgrund der späten Verfügbarkeit erst nach dem Jahr 2035 ausgegangen. Dann entsteht ein thermischer Bedarf von Wasserstoff in Höhe von 1,8 TWh.
  • Der Strombedarf steigt im Vergleich zum Jahr 2020 um 34 Prozent von 5,7 auf 7,7TWh, obwohl sich Effizienzgewinne positiv auswirken. Durch die Elektrifizierung aller gasbasierten Thermoprozesse wird der Gasbedarf bis 2035 mehr als halbiert und entfällt 2045 komplett.
  • Der Betrieb von Heißwindkupolöfen mit Wasserstoff ist nicht im industriellen Maßstab erprobt; es besteht Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Zurzeit ist ungeklärt, ob diese Technik die nötige technologische Reife der Pfade 2 oder 3 (Elektrifizierung und Biokoks/CCU) erreichen wird.
Entwicklung der durchschnittlichen Emissionen pro Jahr bis 2045
Entwicklung des durchschnittlichen Energieträgereinsatzes pro Jahr bis 2045

Kostenentwicklung und Investitionsbedarf

  • Zur Umsetzung aller Maßnahmen fallen in den Modellgießereien über den gesamten Betrachtungszeitraum Investitionskosten von ca. 5,9 Mrd. Euro an.
  • Die Investitionen für die Umrüstung der Anlagen für Gießereien mit Heißwindkupolofen auf die thermische Nutzung von Wasserstoff betragen 265 Mio. Euro. Zwar sind Umrüstungen an den Schmelzanlagen notwendig, jedoch werden diese als weniger aufwändig angenommen als die Investitionen in die Pfade 2 oder 3 (Elektrifizierung bzw. Biokoks/CCU).
  • Der thermische Einsatz von Wasserstoff führt jedoch zu höheren Energieträgerkosten für Gießereien mit Heißwindkupolöfen. Dadurch weist dieser Pfad die vergleichsweise höchsten Kosten für Energieträger auf.
Entwicklung der durchschnittlichen Kosten pro Jahr bis 2045
Entwicklung des durchschnittlichen Investitionsbedarfs pro Jahr bis 2045

Externe Faktoren

Für die thermische Verwendung von Wasserstoff in diesem Pfad gelten die gleichen Unwägbarkeiten wie bei der Verwendung von Wasserstoff für die Methanolsynthese (CCU, Pfad 3). Essentielle Voraussetzungen sind eine ausreichende Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff sowie die Anbindung an eine funktionierende Wasserstoffinfrastruktur. Beides liegt außerhalb der Einflussmöglichkeiten der Branche. Aus heutiger Sicht erscheint es wenig realistisch, dass Gießereien zu vertretbaren Kosten einen baulichen Anschluss an das Wasserstoffnetz erhalten werden. Zudem ist bei diesem Szenario der mangelnde technologische Reifegrad der thermischen Nutzung von Wasserstoff im Kupolofen zu berücksichtigen.