Die Stahl- und Metallindustrie entwickelt seit Jahren neue Lösungen, um ihre Treibhausgasemissionen aus fossilen Kraftstoffen zu senken. Denn die Stahl- und Metallindustrie ist Verursacher für 5-7 Prozent1Rita Khanna, Kejiang Li, Ziming Wang, Minmin Sun, Jianliang Zhang, Partha Sarathi Mukherjee, 11 – Biochars in iron and steel industries, Editor(s): Mejdi Jeguirim, Lionel Limousy, Char and Carbon Materials Derived from Biomass, Elsevier, 2019, Pages 429-446, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814893-8.00011-0 der weltweiten Treibhausgasemissionen. Pflanzenkohle kann auch in dieser Branche effektiv als Ersatz fossiler Rohstoffe genutzt werden und so zur Verbesserung der Umweltbilanz beitragen.
Vorteile von Pflanzenkohle in der Metallindustrie
- Sehr hoher Brennwert2Ye, L., Peng, Z., Wang, L. et al. Use of Biochar for Sustainable Ferrous Metallurgy. JOM 71, 3931–3940 (2019). https://doi.org/10.1007/s11837-019-03766-4 und gute Energieumsetzung
- Ersatz von fossilen Reduktionsmitteln und Kraftstoffen
- Deutlich verbesserter Carbon Footprint des Stahls
Grad der Entwicklung
Die Verwendung von Pflanzenkohle in der europäischen Eisen-, Stahl- und Metallerzeugung ist noch nicht etabliert, allerdings findet im skandinavischen Raum derzeit eine zunehmende Verbreitung statt. Der umfassenden Verbreitung steht bisher der hohe Preis im Vergleich zu fossilen Rohstoffen sowie Transport- und Versorgungsprobleme im Wege.Pflanzenkohle wird sowohl im Entwicklungs- und Pilotmaßstab als auch auf industrieller und kommerzieller Ebene in der Stahlerzeugung und Metallurgie verwendet. So wird Pflanzenkohle beim Sintern von Eisenerz eingesetzt. Wenn Koksgrus mit Pflanzenkohle (bis max. 60% anteilig) ersetzt wird, entstehen vielversprechende ökologische und ökonomische Vorteile, neben nur sehr geringen Einbußen in der Sintermaterialqualität. Der Einsatz von Pflanzenkohle beim Sintern setzt voraus, dass die Pflanzenkohle in ihrer Mikrostruktur und chemischen Reaktivität angepasst wird.3YE, Lei, et al. Use of biochar for sustainable ferrous metallurgy. Jom, 2019, 71. Jg., Nr. 11, S. 3931-3940.
Entscheidende Eigenschaften von Pflanzenkohle für die Herstellung von Hüttenkoks sind vor allem Fließfähigkeit, Expansion/Kontraktion der Kohle-Pflanzenkohle-Mischung, Partikelgröße, CO2-Reaktivität der Pflanzenkohle sowie die Festigkeit des erzeugten biogenen Kokses.4Rita Khanna, Kejiang Li, Ziming Wang, Minmin Sun, Jianliang Zhang, Partha Sarathi Mukherjee, 11 – Biochars in iron and steel industries, Editor(s): Mejdi Jeguirim, Lionel Limousy, Char and Carbon Materials Derived from Biomass, Elsevier, 2019, Pages 429-446, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814893-8.00011-0
Eine weitere Anwendung von Pflanzenkohle in der Stahlproduktion ist in Verbundpellets, welche bei der Produktion von Eisenschwamm für Direktreduktionsverfahren eingesetzt werden. Pflanzenkohle substituiert die Steinkohle in den Verbundpellets teilweise oder komplett, wobei die Energieumsetzung technisch gut möglich ist und der Prozess damit Umweltvorteile aufweist. Pflanzenkohle wird ebenso als Kraftstoffersatz für Koks und pulverisierte fossile Kohle im Hochofenprozess ohne technische Barrieren verwendet. Dennoch muss die zugegebene Menge und der Prozess streng kontrolliert werden, weil Massen- und Hitzeübertragung sowie Temperaturprofil und Gasverteilung verändert werden. Soll Pflanzenkohle im Lichtbogenofen-Prozess Einsatz finden, kann diese Pflanzenkohle nur mit vorheriger Konditionierung verwendet werden. Pflanzenkohle muss verdichtet werden, um ihre Reaktivität durch die hohe spezifische Oberfläche zu senken, damit sie im Lichtbogen-Prozess als Kraftstoff, Schlackebildner und Stahl-Karburierer Einsatz findet.
In einigen metallurgischen Anwendungen gibt es noch gewisse technische Barrieren für Pflanzenkohle. Im Verkokungsprozess eingesetzte Pflanzenkohle muss in Partikelgröße, Aschegehalt und Porosität etc. genau ausgewählt werden und die Zugabe muss streng kontrolliert werden, sodass die Qualität des resultierenden Kokses gleichbleibend ist.5YE, Lei, et al. Use of biochar for sustainable ferrous metallurgy. Jom, 2019, 71. Jg., Nr. 11, S. 3931-3940.
Anwendung
Die optimale Pflanzenkohle für die Anwendung ist eine mit hohem Kohlenstoffgehalt, geringem Asche- und Wassergehalt sowie biomasse-basiertem Koks aus verdichtetem Pflanzenkohlestaub mit Additiven. Diese ist meist in Form von Pellets erhältlich.
Als Ausgangsmaterialien eignen sich beispielsweise Abschnitte und Resthölzer von Kiefer und Fichte sowie Altholz aus der Bauindustrie und Demontage von Gebäuden. Für den gezielten Einsatz muss die Pflanzenkohle sorgfältig ausgewählt werden, da jede Pflanzenkohle aufgrund der Ausgangsmaterialien und der Art und Weise der Herstellung unterschiedlich ist.
Zulassung & Zertifizierung
Innerhalb des Zertifizierungssystems des European Biochar Consortiums (EBC) wird für Pflanzenkohle, die in der Stahl- und Metalindustrie verwendet wird, der Standard EBC-BasicMaterial oder EBC-ConsumerMaterial empfohlen.
Brancheninterne Standards existieren bisher noch nicht. Allerdings steigt das Interesse an grünem Stahl und damit auch die Aktivität zur Standardisierung von anwendungsspezifischen Pflanzenkohle-Parametern. Die physikalische Beschaffenheit der Pflanzenkohle orientiert sich dabei an der bisher verwendeten fossilen Kohle.
