DRI im Aufwind: Die langsame Revolution der Stahlindustrie

Es war ein Schock für die Branche: Anfang Oktober berichtete das Handelsblatt, Thyssenkrupps Grünstahl-Vorhaben in Duisburg stehe womöglich vor dem Aus. Ein Grund sind die enormen Kosten der Direktreduktionsanlage. Nicht nur der Bau verschlingt Milliarden, sondern auch der ab 2026 geplante Betrieb mit grünem Wasserstoff (H2). Das Brisante: Neben Thyssenkrupp will fast jeder große Branchenplayer Stahl mit direktreduziertem Eisen (DRI) auf H2-Basis produzieren. Ist also die Zukunft des DRI insgesamt bedroht? Mitnichten, denn DRI ist nicht gleich DRI. Und die Alternativen zum H2 schlagen sich immer besser, wie ein Blick auf die internationale Entwicklung der DRI-Kapazitäten zeigt. 

Klassische Stahlproduktion ist sehr CO2-intensiv. Laut dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) stammten im Jahr 2022 6 % der deutschen Emissionen aus der Stahlbranche, im gesamten Industriesektor waren es sogar knapp 30 %. Ein Großteil dieser CO2-Emissionen fällt bei der Reduktion von Eisenerz mittels Koks-Kohle an. Dadurch entsteht flüssiges Roheisen, ein wichtiges Vorprodukt der Stahlherstellung. Allerdings lässt sich Eisenerz auch mit Kohle, Erdgas oder Wasserstoff direkt reduzieren.

Wasserstoff-DRI kann in allen drei Formen vorliegen. Das Problem: Damit es wirklich umweltfreundlich ist, muss der verwendete Wasserstoff „grün“ sein, also mit erneuerbarem Strom erzeugt (s. Bild 1). Und grüner Wasserstoff ist teuer. Heute kostet eine Tonne rund drei Mal so viel wie konventioneller Wasserstoff, der bereits deutlich kostspieliger ist als Koks-Kohle oder Erdgas. Jedes DRI-Projekt, das Wasserstoff nutzt, steht daher vor einer schwerwiegenden Finanzierungsfrage – neben Thyssenkrupp beschäftigt sie in Deutschland zum Beispiel auch ArcelorMittal, Salzgitter und die saarländischen Stahlhersteller der SHS – Saar-Holding-Stahl- Gruppe. 

Herstellungsverfahren 

Doch kann DRI eben auch ohne Wasserstoff produziert werden. Tatsächlich ist Wasserstoffnutzung eher die Ausnahme, die heute üblichen Verfahren setzen auf Erdgas oder Kohle. Damit sind sie nicht „grün“, stoßen aber deutlich weniger Emissionen aus als die konventionelle Hochofenroute (Bild 2). 

Aktuelle Entwicklung: Wendepunkt 2016 

Der US-amerikanische Stahl-Experte Robert Mazurak hat die Entwicklung der DRI-Produktion akribisch untersucht. Demnach wuchs das internationale Produktionsvolumen seit den 70er Jahren jährlich um etwa 3 Millionen Tonnen (Mt). Das Jahr 2016 markierte einen Wendepunkt: Plötzlich beschleunigte sich das Wachstum auf fast 8 Mt pro Jahr. Seitdem geht es steil nach oben. Wurden 2016 noch 72,8 Mt produziert, waren es 2022 schon 127,4 Mt. 

Einer aktuellen Midrex-Studie zufolge erreichte die globale Herstellung 2023 mit 135,7 Mt ihren vorläufigen Höhepunkt. Demgegenüber wurden im selben Jahr aber immer noch 1,3 Milliarden Tonnen konventionelles Roheisen erzeugt. Das zeigt: DRI bleibt die Ausnahme.  

Dennoch wächst die Produktion rasant. 2023 waren es 6,5% mehr als im Jahr 2022 und doppelt so viel wie noch 2012. Laut der in Brüssel ansässigen World Steel Association (worldsteel) ist dieser Anstieg hauptsächlich auf Zuwächse aus Indien zurückzuführen. 

Aktuelle Entwicklung: Details  

Die Wachstumsraten der DRI-Produktion variieren je nach Produkttyp stark. Laut Midrex-Daten hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten das CDRI-Volumen von 39 Mt im Jahr 2003 auf 102,1 Mt im Jahr 2022 fast verdreifacht. Ein Grund für den Anstieg sei die zunehmende Verbreitung und Optimierung von erdgas- und kohlebasierten Reduktionstechnologien. Noch beeindruckender ist das Wachstum beim HDRI, das sich in den letzten zwei Jahrzehnten nahezu verachtfacht hat (von 1,8 Mt im Jahr 2003 auf 13,9 Mt im Jahr 2022).  

Man kann also nicht von einem DRI-„Boom“ sprechen, sondern von einem seit Jahrzehnten kontinuierlichem Wachstum – einer „langsamen Revolution“ also. Vor allem HDRI wird aufgrund seiner hohen Energieeffizienz durch vor-Ort-Nutzung stetig relevanter. 

Dabei ist zu bedenken, dass die Rentabilität von DRI an die globale Stahlnachfrage gekoppelt ist. Auch der Preis für Eisenerz und die Energiekosten beeinflussen die Wirtschaftlichkeit des Eisenschwamms. Laut dem Midrex-Report waren diese Faktoren 2023 günstig: Stabile Eisenerzversorgung, geringe Preisvolatilität und eine robuste Nachfrage. Unter diesen Bedingungen können Stahlwerke, die DRI produzieren, gute Margen einfahren. worldsteel mahnt jedoch zur Vorsicht: Für 2023 und 2024 erwartet der Stahlverband ein nur moderates Wachstum der globalen Stahlnachfrage von jeweils rund 1,9%.  

Dies müssen die DRI-Produzenten beim Ausbau ihrer Kapazitäten berücksichtigen, ob sie nun Erdgas, Kohle oder Wasserstoff nutzen. Doch wo sitzen die DRI-Produzenten eigentlich?

Zukunftsaussichten 

Den Unkenrufen auf dem deutschen Stahlmarkt zum Trotz: Auch die mittel- bis langfristigen Zukunftsaussichten für DRI sind vielversprechend. Robert Mazurak prognostiziert, dass die DRI-Produktion bis 2030 um weitere 60 Mt auf 185-190 Mt ansteigen wird. Diese Prognose stützt eine Hochrechnung von worldsteel aus dem Jahr 2023, die fast 80 Mt an angekündigten und laufenden Erweiterungen der DRI-Kapazität auflistet. 

Für den Ausblick bis 2050 zitiert Mazurak verschiedene Prognosen, die eine breite Spanne aufweisen: von 272 Mt (World Steel Dynamics) über 411 Mt (International Energy Agency's Sustainable Development Scenario) bis hin zu 549 Mt (Wood Mackenzie's Accelerated Energy Transition 1.5°C Scenario). Die Unterschiede zeigen: Langfristige Vorhersagen lassen sich in der Branche derzeit schwer treffen.

Ausblick und Fazit 

Die DRI-Kapazitäten entwickeln sich positiv, was sowohl in der steigenden Produktion als auch in der Ankündigung neuer Anlagen sichtbar wird. Spätestens seit 2016 ist klar: DRI kommt. Meldungen wie jene aus Duisburg zeigen aber, dass man auf das richtige Pferd setzen muss. DRI aus Wasserstoff ist eine – womöglich die einzige – Alternative, um die Stahlproduktion vollends zu dekarbonisieren. Jedoch muss die H2-Produktion optimalerweise unmittelbar am Stahlwerk erfolgen, wie es bei den Vorzeige-Projekten in Schweden der Fall ist. 

Mazurak weist zudem darauf hin, das unerwartete "Black Swan"-Ereignisse – Öl- oder, Finanzkrisen, Pandemien, geopolitische Konflikte – die zeit- und finanzintensiven DRI-Projekte bedrohen können. Der VDI-Bericht hebt die erheblichen Kosten hervor, die mit der Umstellung bestehender Anlagen auf DRI-Technologie verbunden sind. Als Faustregel gilt: Pro Millionentonne Kapazität fallen bis zu 1 Milliarde Euro Umbaukosten an. Eine finanzielle Herausforderung, die ohne staatliche Unterstützung oft schwer zu bewältigen ist. 

Eine weitere Sorge, die Mazurak anspricht, ist die langfristige Verfügbarkeit von DRI-Anlagen und ihren Ausgangsstoffen, insbesondere von hochwertigem Eisenerz. Dass Schwankungen auf dem Erdgas- und vor allem auf dem Wasserstoff-Markt die Kosten zusätzlich beeinflussen, braucht nicht eigens erwähnt zu werden. 

Trotz dieser Herausforderungen deuten die aktuellen Entwicklungen der weltweiten DRI-Kapazitäten darauf hin, dass der Technologie eine rosige Zukunft bevorsteht. Neben Recycling, Digitalisierung und Elektrifizierung ist sie ein Grundpfeiler der Dekarbonisierungsbemühungen des Stahlsektors. Projekte wie jene aus Skandinavien bieten zudem Grund zur Hoffnung, dass auch grüner Wasserstoff beim DRI eine Rolle spielen kann. 

Wie immer hängt der Erfolg davon ab, wie gut technologische Innovationen mit wirtschaftlicher Machbarkeit und politischer Unterstützung in Einklang gebracht werden können. So oder so werden die nächsten Jahrzehnte für die Transformation der Stahlindustrie entscheidend sein – im Ruhrgebiet und anderswo.