Grüner Stahl und Europas Erdgasherausforderung

Während den letzten zwei Jahren, Nahezu alle europäischen Flachstahlunternehmen haben angekündigt, ihre auf Kokskohle basierenden Hochöfen (BFs) schrittweise durch Anlagen mit direkt reduziertem Eisen (DRI) zu ersetzen, um ihre Stahlproduktion zu dekarbonisieren. Die mehr als 16 derzeit angekündigten DRI-Anlagen repräsentieren mehr als 25 Millionen Tonnen1Tonnen: eine Tonne = 2.205 Pfund. der Kapazität (Abbildung 1).

Bei vielen der neu gebauten DRI-Anlagen bestand die ursprüngliche Absicht darin, Erdgas (NG) als Ausgangsmaterial oder Reduktionsmittel zu verwenden, um Erz in einem Elektrolichtbogenofen (EAF) oder Unterpulverofen zu Roheisen zu verarbeiten. Das Eisen würde dann in einem Sauerstoffbasisofen (BOF) zur Herstellung von Flachstahl verwendet.

Diese auf Erdgas basierende DRI-Produktionsroute würde es Stahlunternehmen ermöglichen, ihren CO2-Fußabdruck gemäß Scope 1 und 2 in Kombination mit einem EAF oder einem Unterpulverofen, der erneuerbaren Strom nutzt, im Durchschnitt zu halbieren – von etwa zwei Tonnen CO2 pro Metrik Tonne Flachstahl auf etwa eine Tonne CO2 pro Tonne Flachstahl. Zusammen mit einem Anstieg der CO2-Preise auf über 100 Euro pro Tonne CO2, sinkenden kostenlosen CO2-Zertifikaten und historischen Erdgaspreisen von rund 7 Euro pro Gigajoule (GJ) (Durchschnitt in Deutschland, 2019–21) würde dieser alternative Produktionsweg zu Geld werden innerhalb der nächsten drei bis fünf Jahre kostengünstig mit der BF-BOF-Route wettbewerbsfähig sein.

Nimmt man Deutschland als Beispiel, würden die angekündigten DRI-Anlagen die Nachfrage nach Erdgas, das derzeit in der Eisen- und Stahlindustrie verwendet wird, von rund 120 PJ (ungefähre Nachfrage in Deutschland, 2020) auf etwa 175 Petajoule (PJ) fast verdoppeln, wenn man von den angekündigten DRI-Anlagen ausgeht In Deutschland werden sie zu 100 Prozent mit Erdgas betrieben, wenn sie etwa im Jahr 2026 ihre Produktion aufnehmen. Eine einzige große DRI-Einheit von zwei Millionen Tonnen würde etwa ein Fünftel des Erdgases verbrauchen, das derzeit in der gesamten deutschen Eisen- und Stahlindustrie verwendet wird (ca. 20 PJ). Steigerung der industriellen Erdgasnachfrage in Deutschland um rund 2 Prozent.

Der Aufbau von direktreduzierten Eisenwerken mit H2 oder eine Wiederbelebung der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung scheinen die praktikabelsten Optionen für Flachstahlunternehmen zu sein, um ihre Dekarbonisierungsbemühungen abzusichern.

Mit Blick auf die Zukunft können erdgasbasierte DRI-Anlagen relativ einfach auf den Betrieb mit H2 (grünem Wasserstoff) umgestellt werden – sofern diese in ausreichenden Mengen und zu wettbewerbsfähigen Kosten verfügbar sind –, um eine weitere erhebliche CO2-Reduzierung zu ermöglichen, die es Flachstahlunternehmen ermöglichen würde, CO2-Fußabdrücke zu erzielen unter 0,6 Tonnen CO2 pro Tonne Flachstahl. DRI-Anlagen sind daher für europäische Stahlunternehmen von entscheidender Bedeutung, um ihre CO2-Neutralitätsziele zu erreichen.

Die Invasion der Ukraine im Februar 2022 hat tiefgreifende menschliche sowie soziale und wirtschaftliche Auswirkungen in allen Ländern und Sektoren. Die Auswirkungen der Invasion entwickeln sich schnell und sind von Natur aus ungewiss. Bisher hat die Invasion in der Ukraine zusätzliche Überlegungen für jene europäischen Stahlunternehmen hervorgerufen, die Investitionen in den Aufbau einer NG-DRI-Produktionsroute planen. Insbesondere bei längeren Störungen (Szenario zwei) und erheblichen Störungen (Szenario drei), wie in McKinseys Artikel über den Krieg in der Ukraine beschrieben, könnten die Stahlhersteller anhaltende Auswirkungen der folgenden Bedingungen feststellen:

Darüber hinaus steigen die Preise für Kokskohle auf über 500 € pro Tonne (durchschnittlicher Preis für Hartkokskohle in Europa, März 2022), von 170 € pro Tonne (2019–21) für die traditionelle BF-BOF-Route. Zusammengenommen bedeuten diese Faktoren, dass die Machbarkeit, der Zeitplan und die Wettbewerbsfähigkeit von NG-DRI-Investitionen neu bewertet werden müssen, wobei die Auswirkungen auf den Dekarbonisierungsfahrplan und die Fähigkeit, die von den Stahlunternehmen festgelegten CO2-Reduktionsziele zu erreichen, berücksichtigt werden müssen.

Wir sehen derzeit vier mögliche Szenarien für die Auswirkungen auf den Aufbau von DRI-Anlagen:

In Szenario A könnten Flachstahlunternehmen aufgrund des begrenzten Potenzials schrittweiser Dekarbonisierungsmaßnahmen möglicherweise Schwierigkeiten haben, ihre Dekarbonisierungsziele zu erreichen. Szenario D ist wahrscheinlich aufgrund des unzureichenden Angebots an zusätzlichem (hochwertigem) Stahlschrott eingeschränkt. Daher scheinen die Szenarien B und C die praktikabelsten Optionen für Flachstahlunternehmen zu sein, um ihre Dekarbonisierungsbemühungen abzusichern.

Für Szenario B wäre der rechtzeitige Zugriff auf ausreichende H2-Vorräte der entscheidende Erfolgsfaktor. Die deutsche Flachstahlindustrie würde im Jahr 2026 mehr als 14 Terawattstunden grünen H2 benötigen, um das geplante Erdgas zu ersetzen. In Europa würde diese Zahl auf mehr als 32 Terawattstunden grünen H2 ansteigen, was eine Herausforderung darstellen dürfte – das entspricht rund 66 Prozent der angekündigten Elektrolyseurkapazität in Europa.2Schätzung ohne Importe. Dies würde bedeuten, dass Flachstahlunternehmen ihre Beschaffung von begrenztem H2 verdoppeln müssten, während sie gleichzeitig den erforderlichen Infrastrukturaufbau durchführen und möglicherweise einen Kompromiss zwischen der Sicherstellung der Versorgung und der Kostenwettbewerbsfähigkeit von grünem H2 in Kauf nehmen müssten. Einige nordische Stahlunternehmen, wie beispielsweise H2 Green Steel, haben sich bereits auf die Verwendung von H2 als Rohstoff der Wahl für ihre neu gebauten DRI-Anlagen konzentriert. Der frühzeitige Zugang zu grünem H2 wird jetzt noch wichtiger, da es sich um die einzige direkte Alternative zu Erdgas handelt.

Bei der Untersuchung der Kostenwettbewerbsfähigkeit der NG-DRI-EAF-, H2-DRI-EAF- und BF-BOF-Routen bei unterschiedlichen NG- und CO2-Preisen ist der H2-DRI-EAF-Pfad bereits bei einem NG-Preis von 15 € pro Stück kostenwettbewerbsfähig GJ und ein CO2-Preis von 100 € pro Tonne (Abbildung 4). Den Berechnungen liegt ein H2-Preis von rund 3 Euro pro Kilogramm zugrunde, der laut Branchenexperten als mögliche Prognose für 2025 und später gilt. Der Zeitplan für kostenwettbewerbsfähigen grünen Stahl unter Verwendung von grünem H2 könnte sich nach vorne verschieben und möglicherweise dazu führen, dass Erdgas als Reduktionsmittel wegfällt.

Bei Szenario C wird die Anwendbarkeit für Stahlunternehmen wahrscheinlich von zwei Faktoren abhängen: der Kundenakzeptanz für grünen Stahl auf der Grundlage von CCUS und der Investitionseffizienz, um eine finanzielle Amortisation der Investitionen innerhalb des wahrscheinlich begrenzten Zeitfensters der Kundenakzeptanz zu ermöglichen. Unsere ersten Schätzungen gehen davon aus, dass eine CCUS-Investition einen Mindestzeitraum von fünf bis zehn Jahren erfordern würde, um die erforderlichen massiven Investitionen in diese Technologie zu unterstützen. Es braucht jedoch Zeit, um die Interessengruppen aufeinander abzustimmen und die erforderlichen Genehmigungen einzuholen.

Ob ein Sprung zu H2 oder eine Wiederbelebung von CCUS besser wäre, um die Dekarbonisierung europäischer Stahlakteure sicherzustellen, wird von der weiteren Entwicklung und den Handelsbedingungen der wichtigsten Markt-, Technologie- und Kostenparameter abhängen. Dazu gehören die Lieferung von Erdgas aus Russland nach Europa, die Preise für Erdgas, staatliche Eingriffe (z. B. Subventionen) und CO2-Ziele, und sie variieren wahrscheinlich von Anlage zu Anlage. Obwohl sich der Erdgasmarkt in Bezug auf Verfügbarkeit und Preis wieder ausgleichen könnte, muss die gesamte Stahlindustrie nun einen Schritt zurücktreten und ihre Dekarbonisierungsstrategien anpassen.

Frank Bekaertist Senior Partner im Brüsseler Büro von McKinsey,Marc-Daniel Halbgewachsist Berater im Frankfurter Büro,Christian Hoffmannist Associate Partner im Düsseldorfer Büro,Bruno von Albadaist Berater im Amsterdamer Büro undMarlene Weimerist Berater im Münchner Büro.

Die Autoren danken Pradhuman Aggarwal, Karel Eloot, Wieland Gurlit, Philipp Radtke, Ole Rolser, Thomas Vahlenkamp, ​​​​Michel Van Hoey und Benedict Zeumer für ihre Beiträge zu diesem Artikel.