20.05.22 Grüner Umbau bei Stahl und Co. Autor*in: Constantin Gillies • Lesedauer: 6 min.

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Zusammenfassung

Die Produktion von Rohstahl, Papier oder Zement verbraucht viel Energie. Dennoch findet sie oft noch in Deutschland statt. Damit das so bleibt, treiben die energieintensiven Industrien ihre Dekarbonisierung voran.

Auf dem Gelände der Papierfabrik Kabel Premium Pulp & Paper in Hagen könnte bald tief gebohrt werden. Denn der Betrieb plant, ein Geothermie-Kraftwerk zu errichten: Rohre sollen Wasser über 3.000 Meter tief ins Gestein pumpen, wo Temperaturen von mehr als 100 Grad Celsius herrschen. Die Hitze aus der Tiefe will man nutzen, um Dampf zu erzeugen. Er ist zentral für die Papierproduktion, denn Dampf erhitzt die riesigen Walzen, die den Zellstoff transportieren und dabei trocknen. 

Bisher verwenden Papierhersteller neben Holzabfällen vor allem Erdgas, um Dampf zu erzeugen. Doch dabei entsteht viel Treibhausgas: 2019 wurden in Deutschland laut Statista rund 9,8 Millionen Tonnen Kohlendioxid bei der Produktion von Papier und Pappe ausgestoßen – 5,8-mal so viel, wie die OECD für den deutschen Inlandsflugverkehr 2019 ermittelt hat. Jetzt will die Branche von den fossilen Energieträgern wegkommen, unter anderem mithilfe der Geothermie. Das technisch ambitionierte Pilotprojekt in Hagen, das von Fraunhofer-Forschern begleitet wird, soll dafür den Weg ebnen. 

Die sogenannte Dekarbonisierung steht in allen energieintensiven Industrien ganz oben auf der Agenda. In diese Kategorie fallen nach landläufiger Definition alle Branchen, die für Energie mindestens doppelt so viel ausgeben wie der Industriedurchschnitt, gemessen am Wert der produzierten Produkte. In Deutschland zählen zu den Energieintensiven die Sektoren Baustoffe inklusive Glas, Chemie, Metallerzeugung und Papier. Zusammen benötigen sie pro Jahr 120 Terawattstunden Strom – der Rest des Verarbeitenden Gewerbes kommt nur auf 110 Terawattstunden. Hinzu kommt ein hoher Verbrauch an fossilen Energieträgern. Beides zusammen sorgt dafür, dass die Grundstoffindustrie 22 Prozent der CO2-Emissionen hier zu Lande verursacht. Nur der Energiesektor (36 Prozent) ist noch klimaschädlicher. Aber können sich die Energieintensiven überhaupt dekarbonisieren – und wenn ja, wie schnell? 

Anlagen bleiben unverändert

Die Papierindustrie hat beim grünen Umbau eine gute Ausgangsposition. Denn die eigentlichen Produktionsprozesse – und damit die Anlagen – können hier größtenteils unverändert bleiben. Nur die Dampferzeugung muss CO2-frei umgestaltet werden. „Alle Technologien dafür existieren schon“, sagt Jan Christoph Schaffrath, Leiter Energie- und Klimapolitik beim Verband der Papierindustrie in Berlin. Die Hersteller könnten den Energieträger Erdgas in den kommenden Jahren vor allem durch Strom und Wasserstoff ersetzen, wenn die Verfügbarkeit zu wettbewerbsfähigen Preisen gewährleistet sei. Übrig blieben dann nur noch 5 bis 10 Prozent Restemissionen, die zum Beispiel entstehen, wenn Hygienepapier durch eine direkte Befeuerung eine besondere Struktur bekommt. „Hier könnten aufbereitetes Biogas oder Wasserstoff als Ersatz dienen“, so Schaffrath.  

Theoretisch ließe sich die Papierindustrie in wenigen Jahren dekarbonisieren, meint der Experte. Dafür müsse allerdings genug Strom und Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung stehen und der politische Rahmen stimmen, betont Schaffrath. Sprich: Der Staat muss die Branche bei der Dekarbonisierung unterstützen. Denn der Abschied vom Erdgas wird teuer.  

Mit Wasserstoff zum grünen Stahl 

Für die Stahlindustrie wird der Weg zur Klimaneutralität herausfordernder. Denn sie nutzt fossile Energieträger gleich doppelt: Zum einen verwendet sie Koks, um die Hochöfen auf über 2.000 Grad Celsius zu erhitzen, zum anderen erfüllt der Brennstoff eine chemische Aufgabe. Koks entzieht dem Ausgangsmaterial Eisenerz den Sauerstoff, sodass Roheisen übrig bleibt. Bei dieser Reaktion werden 1,7 Tonnen Kohlendioxid pro Tonne produziertem Rohstahl freigesetzt. Allein der deutsche Marktführer thyssenkrupp Steel (thyssenkrupp) stößt jedes Jahr 20 Millionen Tonnen CO2 aus.  

Das ließe sich mithilfe der sogenannten Direktreduktion (DR) vermeiden. Bei diesem Verfahren übernimmt Wasserstoffgas die Rolle von Koks und entzieht dem Eisenerz den Sauerstoff. Obwohl die Reaktion bei circa 1.000 Grad Celsius abläuft, schmilzt das Erz dabei nicht. Endprodukt ist eine Art Eisenschwamm, der in einem Einschmelzaggregat – im Prinzip ein Elektro-Ofen – noch verflüssigt werden muss. „Das Roheisen aus dem Einschmelzer hat die gleiche Qualität wie aus dem Hochofen“, erklärt Dr. Marie Jaroni, Head of Decarbonization & Sustainability bei thyssenkrupp Steel Europe, Duisburg. Damit das Verfahren wirklich klimaneutral ist, muss der verwendete Wasserstoff natürlich grün erzeugt werden, das heißt in Elektrolyseanlagen, die mit Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben werden. 

Grundsätzlich ist die Direktreduktion für die Stahlindustrie nichts Neues. Das Verfahren wird bereits vereinzelt angewendet, allerdings nutzt man bislang Erdgas als Reduktionsmittel. „Für den Einsatz von Wasserstoff fehlen noch die Erfahrungen“, so Jaroni. Um auch diesen letzten Schritt der Dekarbonisierung zu schaffen, hat thyssenkrupp für sich eine „Roadmap“ aufgezeichnet: 2025 soll am Standort Duisburg eine erste DR-Anlage stehen, die zunächst mit Erdgas betrieben wird. „Die Wasserstoff-Pipeline wird zu diesem Zeitpunkt noch nicht fertig sein“, begründet Jaroni. Parallel dazu wollen thyssenkrupp-Experten in einer Forschungsanlage die Verwendung von Wasserstoff in der Direktreduktion testen.  

Investitionen von sieben Milliarden Euro

Langfristig sollen alle vier Hochöfen in Duisburg durch DR-Anlagen und Einschmelzaggregate ersetzt werden. So könnte der Stahlkonzern die gesamte Kohlelogistik einsparen – allein 83.000 Güterwaggons pro Jahr. Zudem würden Kokerei und Sinteranlagen überflüssig. Diesen Einsparungen stehen allerdings hohe Ausgaben gegenüber. Um komplett auf Direktreduktion umzusteigen, müsste thyssenkrupp Steel in Duisburg sieben Milliarden Euro investieren. Hinzu kämen die Kosten für Wasserstoffinfrastruktur und -erzeugung. Man schätzt, dass allein 3.800 Offshore-Windräder nötig sind, um den Strombedarf für die Wasserstoff-Elektrolyse zu decken. Anfang 2021 waren in Deutschland erst 1.501 Anlagen in Betrieb. 

Solche Vorhaben können selbst Giganten nicht aus eigener Kraft stemmen. Deshalb fordert auch die Stahlindustrie eine Anschubfinanzierung durch den Staat. thyssenkrupp-Expertin Jaroni kann sich zudem vorstellen, dass „Leitmärkte“ für grüne Stahlprodukte geschaffen werden. Heißt: In bestimmten Anwendungsbereichen könnte der Staat einen Anteil von grünem Stahl vorschreiben. Unbezahlbar wäre die Dekarbonisierung übrigens trotz der hohen Umstellungskosten nicht. Experten schätzen, dass Stahl durch die Abkehr von Koks 30 bis 65 Prozent teurer wird. Auf einen Neuwagen bezogen würde das nur einen Aufpreis von 300 Euro bedeuten. 

Industrielle Wertschöpfung als Alleinstellungsmerkmal

Aber muss eine hochentwickelte Industrienation wie Deutschland überhaupt noch Rohstahl oder Papier herstellen? Andere Länder haben sich schließlich längst von der energiefressenden Grundstoffproduktion verabschiedet. Spanien oder Italien zum Beispiel geben deshalb pro Euro Volkseinkommen auch deutlich weniger für Energie aus als Deutschland, zeigt die Statistik des Marktforschungsunternehmens Enerdata. Doch Experten halten den deutschen Sonderweg für richtig. „Die vertikal integrierte industrielle Wertschöpfungskette im Land ist auch ein Wettbewerbsvorteil“, betont Eric Heymann, Ökonom bei Deutsche Bank Research, Frankfurt, dem Thinktank des Geldhauses. Wenn Stahl- und Automobilindustrie zum Beispiel örtlich konzentriert sind, könne viel schneller auf neue Anforderungen reagiert werden. 

Tendenziell nimmt die Bedeutung der Energieintensiven allerdings auch bei uns ab. Der Wert von Anlagen, Gebäuden, Patenten und Software geht seit 20 Jahren zurück. In der Baustoffindustrie sank dieser sogenannte Kapitalstock zwischen 2000 und 2019 um 38 Prozent, in der Chemie um knapp 12 Prozent, berichtet Deutsche Bank Research mit Verweis auf Daten des Statistischen Bundesamtes. Gleichzeitig lässt sich eine sogenannte „Investment Leakage“ beobachten: Wie durch ein Leck tröpfeln die Mittel langsam aus der heimischen Industrie, weil die Hersteller lieber in ihre ausländischen Standorte investieren. Analyst Heymann führt das auf die Unsicherheit über die zukünftige Klima- und Energiepolitik zurück. In Sektoren wie Stahl oder Chemie seien Anlagen auf zwei oder drei Jahrzehnte Betrieb kalkuliert. „Und wer weiß, ob dann die Vergünstigungen bei EEG-Umlage und EU-Emissionshandel für die Energieintensiven noch gelten?“ 

Ein Exodus könnte teuer werden

Aktuell sorgen die Energieintensiven für knapp 15 Prozent der Wertschöpfung im Verarbeitenden Gewerbe. Das wiederum macht gut 20 Prozent an der gesamten Bruttowertschöpfung aus. In der Summe sind die Energieintensiven also nur für 3 Prozent aller in der Produktion geschaffenen Werte verantwortlich. Angesichts der kleinen Zahl könnte der Gedanke „Dann lass sie doch ziehen“ aufkommen. Warum die Produktion nicht ins Ausland verlagern, anstatt sie im Inland aufwendig zu dekarbonisieren?  

Doch ein Exodus der Energieintensiven könnte teuer werden. Wandert die erste Stufe der Wertschöpfung ins Ausland ab, folgen nämlich die nachgelagerten oft auf dem Fuß – weil jeder Transport einen Wirkungsverlust bedeutet. Der Verband der Energieintensiven schätzt, dass solche Dominoeffekte in Summe 2,5 Millionen Arbeitsplätze kosten könnten. Auch Ökonom Heymann von Deutsche Bank Research warnt seit vielen Jahren vor einem solchen schleichenden Exodus. Gleichwohl seien Schwarz-Weiß-Szenarien nicht angebracht. „Wenn die Politik die grüne Transformation nicht zuletzt auch finanziell unterstützt, hat die energieintensive Produktion weiterhin potenziell einen Platz in Deutschland. Corona-Krise und Ukraine-Konflikt haben schließlich gezeigt, wie wichtig lokale Produktion sein kann.“ 

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