Energieeffizientes Recycling von Stahlwerkstäuben durch Abwärmenutzung

Zur Reduktion der CO₂-Emissionen des Eisen- und Stahlsektors ist die Entwicklung und In-tegration emissionsmindernder Prozesse von zentraler Bedeutung. Eine Schlüsseltechnologie stellt dabei der Elektrolichtbogenofen (EAF) dar, durch dessen Einsatz die spezifischen CO₂-Emissionen von etwa 2,32 t CO₂ pro Tonne Stahl auf rund 0,7 t CO₂ pro Tonne Stahl gesenkt werden können (Blanco Perez et al., 2025). Mit der zunehmenden Nutzung dieser Technolo-gie steigt jedoch auch die Menge an anfallenden Prozessrückständen. Ein wesentlicher Be-standteil dieser Rückstände ist der Elektrolichtbogenofenstaub (Electric Arc Furnace Dust, EAFD), der sich durch einen hohen Gehalt an Zink- und Eisenverbindungen auszeichnet. Die Rückgewinnung dieser Metalle und deren Nutzung als Sekundärrohstoffe ist grundsätzlich etabliert. Das weltweit am häufigsten eingesetzte Verfahren ist der Wälzkin-Prozess, welcher jedoch den Nachteil aufweist, dass auch hierbei deponiepflichtige Reststoffe entstehen. Der Two-Step-Dust-Recycling-Prozess (2sDR) stellt eine alternative Recyclingroute dar, die eine Zero-Waste-Strategie verfolgt und höhere Produktreinheiten ermöglicht. Da sich dieser Pro-zess bislang im Labormaßstab befindet, ist es Ziel der vorliegenden Arbeit, den 2sDR-Prozess auf einen industriell relevanten Durchsatz von 150 t/h agglomerierter EAFD-Pellets hoch zu skalieren. Hierzu wurden für die einzelnen Prozessschritte detaillierte Massen- und Energiebi-lanzen erstellt. Die Analyse dieser Bilanzen zeigte ein erhebliches Potenzial zur Nutzung der anfallenden Abwärme. Aufbauend darauf wurden insgesamt dreizehn unterschiedliche Ab-wärmenutzungsszenarien mithilfe der Simulationssoftware EBSILON®Professional (Iqony GmbH, 2025) entwickelt und untersucht. Ergänzend erfolgte eine wirtschaftliche Bewertung der Szenarien, bestehend aus einer Abschätzung der Investitionskosten (CAPEX) sowie der laufenden Betriebskosten und Erlöse (OPEX). Zur Berücksichtigung von Marktunsicherheiten wurden für jedes Szenario drei unterschiedliche Preisszenarien definiert, welche schwanken-de Energie- und Erlöspreise abbilden. Die wirtschaftliche Bewertung erfolgte anhand von vier Kennzahlen (Key Performance Indicators): Energiegestehungskosten (LCOE), spezifischer Nutzen, Amortisationsdauer und Return on Investment (ROI). Die Ergebnisse zeigen, dass das wirtschaftlich attraktivste Szenario die Nutzung der Abwärme des Reduktionsofens zur Luftvorwärmung der vorgelagerten Prozessschritte darstellt. Darüber hinaus wurde festge-stellt, dass wasserstoffbasierte Prozessvarianten unter den aktuellen Marktbedingungen nicht wirtschaftlich sind, was auf eine Kombination aus hohen Wasserstoffpreisen und vergleichs-weise niedrigen CO₂-Preisen zurückzuführen ist. Abschließend wurde eine Break-even-Analyse für wasserstoffbasierte Szenarien durchgeführt, indem prognostizierte Wasserstoff- und CO₂-Preisentwicklungen mit einem methanbasierten Referenzszenario verglichen wur-den. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein wirtschaftlich sinnvoller Umstieg auf wasser-stoffbasierte Konzepte im Worst-Case-Wasserstoffpreis-Szenario voraussichtlich frühestens ab dem Jahr 2041 zu erwarten ist, unter der Annahme sinkender Wasserstoffpreise und wei-ter steigender CO₂-Kosten.