Erneuerbar statt fossil: Projekt für den Einsatz klimafreundlicher Biokohle für Schmelzprozesse

Klimaziele und Herausforderungen für die metallurgische Industrie

Um die nationalen (österreichischer Nationaler Energie- und Klimaplan) und internationalen (Green Deal der EU) Klimaziele zu erreichen, die eine Klimaneutralität bis 2040 vorsehen, sind in allen öffentlichen Sektoren sowie Industriesparten große Anstrengungen zu unternehmen, um die vorgegebenen CO2-Einsparungen erreichen zu können. Die metallurgische Industrie, in deren Prozessen Koks zur Reduktion und/oder Aufkohlung der Rohmaterialien bzw. Sekundärrohstoffe (Schrott und ähnliches) und zur Energiegewinnung eingesetzt wird und dementsprechend große Mengen an CO2 emittiert werden, steht dabei vor einer besonders großen Herausforderung.

Biokohle als nachhaltige Alternative zu fossilen C-Trägern

Prinzipiell kann die Reduktion der CO2-Emissionen durch den Einsatz erneuerbarer und klimaneutraler Energieträger und Reduktionsmittel (z.B. Wasserstoff (H2) oder Biokohle (BK)) oder durch den Umstieg auf klimafreundlichere Technologien (z.B. Umstieg vom Hochofen- auf den Elektrolichtbogenofen-Prozess) erfolgen. Für viele mittelständische Metallurgiebetriebe kommen H2 (industriell noch nicht erprobt) oder Umstellungen bei den metallurgischen Prozessen (sehr kostenintensiv) nicht in Frage bzw. werden bei den Prozessen direkte Kohlenstoffträger benötigt.

Volkswirtschaftliche Vorteile der Biokohle-Nutzung

Die Substitution von fossilen Kohlenstoff-Trägern (C-Trägern wie Kohle/Koks) durch nachhaltig produzierbare Biokohle könnte hingegen ohne große Adaptionen an den Prozessen und ohne großen Investitionskostenaufwand erfolgen. Biokohlen weisen üblicherweise deutlich geringere S-, N- und Cl-Gehalte als fossile C-Träger auf und können somit auch zur Reduktion von Emissionen und Korrosionsproblemen in den Anlagen beitragen.

Die effiziente großtechnische Herstellung von Biokohle ist bereits Stand der Technik, wodurch diese Option kurzfristig verfügbar ist. Biokohle kann dabei nachhaltig, günstig und lokal hergestellt werden, da Altholz sowie Abfall- und Schadholz (Käferholz, Windwurf) genutzt werden können.

Prozessspezifische Anforderungen und Forschungsbedarf

Der Umstieg von Kohle/Koks auf Biokohle hätte auch volkswirtschaftliche Vorteile, da die derzeit eingesetzte Kohle zu 100 % importiert werden muss. Biokohle kann hingegen aus  heimischer Biomasse erzeugt werden, wodurch die Wertschöpfung in Österreich verbleibt und Transportwege und damit verbundene Emissionen reduziert werden können.

Ergebnisse aus laufenden Forschungsarbeiten sowie Diskussionen mit Industrievertretern haben aber gezeigt, dass unterschiedliche Prozesse in der metallurgischen Industrie voneinander abweichende Anforderungen an die Biokohle aufweisen und die Substitution fossiler C-Träger durch Biokohle dadurch prozessspezifisch genau untersucht werden muss.

Das Collective Research Projekt: Ziele und Partner

Aus diesem Grund wurde ein Collective Research Projekt initiiert, bei dem der Fachverband für Bergwerke und Stahl als Projektträger fungiert. Die wissenschaftlichen Arbeiten werden vom Lehrstuhl für Nichteisenmetalle der Montanuniversität Leoben sowie der BIOS Bioenergiesysteme GmbH durchgeführt.

Fokus auf relevante metallurgische Prozesse

Das Projekt konzentriert sich dabei gezielt auf Prozesse, bei denen die eingesetzten Kohle/Koks-Mengen auch aus nachhaltiger Biokohle-Produktion gedeckt werden können und auf einen C-Träger nicht verzichtet werden kann. Das betrifft z.B. den Einsatz von Koks zum Aufschäumen der Schlacke im Elektrolichtbogenofen (ELO) in der Stahlerzeugung aus Schrott oder als Energie- und C-Träger in Schachtofen- oder Kupolofen-Prozessen. Zum Einsatz von Biokohle in diesen Prozessen gibt es noch viele offene Fragen, so dass hier dringender Forschungsbedarf besteht, was auch durch die Teilnahme von Industriepartnern aus diesen Bereichen (Stahl- und Walzwerk Marienhütte GmbH, Montanwerke Brixlegg AG sowie die Tiroler Rohre GmbH) unterstrichen wird.

Praxisnahe Forschung durch Industriekooperation

Die wesentlichen Ziele des beantragten Projektes sind detaillierte Grundlagenuntersuchungen inklusive der Bewertung spezifischer metallurgischer Prozesse, bei denen Biokohle fossilen Koks ersetzen soll sowie die Erarbeitung von Qualitätskriterien für den Einsatz von Biokohle in diesen Prozessen, die als Grundlage für den großtechnischen Einsatz von Biokohle in metallurgischen Prozessen dienen sollen.

Die Kenntnis der Relevanz der Qualitätskriterien auf die betrachteten Prozesse ist sehr wichtig, weil sie sowohl den Produktionsprozess (Einstellung von C-Gehalt, Gehalt an Flüchtigen oder spezifische Oberfläche durch Variation von Druck und Temperatur) als auch eine nachgeschaltete Behandlung der Biokohle (Änderung der Festigkeit, Dichte, Korngröße oder Reaktivität durch Verpressung und Beimischung von Additiven) betreffen können.

Durch die Miteinbindung der oben genannten Industriepartner wird eine praxisnahe Forschung ermöglicht. Die Forschungen konzentrieren sich zum einen auf die bei den Industriepartnern eingesetzten metallurgischen Prozesse (Elektrolichtbogenofen, Schacht- und Kupolofen), zum anderen auf alternative Prozesse wie TBRC- oder Induktionsöfen.

Ausblick: Workshop und Wissenstransfer

Die Projektergebnisse werden nach Abschluss des Projektes in einem Workshop, der Ende 2026 stattfinden soll, vorgestellt und im Anschluss der Branche über den Fachverband zur Verfügung gestellt. Das Projekt soll zu einer wesentlichen Know-How-Steigerung der heimischen metallurgischen Industrie auf dem Sektor Biokohle führen und es den durch den Fachverband Bergwerke und Stahl vertretenen Branchenmitgliedern zukünftig ermöglichen, die durch fossile C-Träger anfallenden CO2-Emissionen mittels gezieltem Einsatz von Biokohle zu minimieren, Transportwege zu verkürzen und die Wertschöpfung in Österreich zu erhöhen.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an den Projektverantwortlichen, Herrn Manfred Kudrna.

Key-Facts zum Projekt