Pathways to climate-neutral EAF Steel Production based on Energy Efficiency and Integration of Renewable Energy

Titel in Übersetzung: Wege zur klimaneutralen EAF-Stahlproduktion mittels Energieeffizienz und Integration Erneuerbarer Energien

Johannes Dock

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die Eisen- und Stahlindustrie ist für einen großen Teil der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich. Um die Ziele der Vereinten Nationen und der Europäischen Union zur Eindämmung der globalen Erwärmung zu erreichen, muss der Ausstoß an Treibhausgasen drastisch reduziert werden. Der Übergang von Kohle zu Strom aus erneuerbaren Energiequellen als Hauptenergiequelle ermöglicht eine erhebliche Verringerung der Kohlendioxidemissionen in der Stahlproduktion. Dies bedeutet eine Verlagerung der Stahlproduktion weg von der integrierten Prozessroute mit Hochofen und Konverter hin zu Produktionsprozessen, welche auf dem Einsatz von Elektrolichtbogenöfen basieren. Sowohl die Erzeugung von Primärstahl durch Direktreduktion als auch von Sekundärstahl durch das Recycling von Stahlschrott ermöglicht eine kohlendioxidarme Stahlerzeugung. Die Elektrostahlerzeugung ist durch einen hohen Anteil von elektrischer Energie am Gesamtenergieverbrauch gekennzeichnet, ein erheblicher Teil der Energie wird jedoch in Form fossiler Brennstoffe bereitgsetellt. Die klimaneutrale Stahlproduktion erfordert daher die Bereitstellung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen und die Verringerung direkter Kohlendioxidemissionen durch Brennstoffeinsparung, Carbon Capture and Utuilization und Substitution fossiler Energieträger. Die optimale Implementierung und Bewertung dieser Maßnahmen erfordert eine holistische Betrachtung des gesamten Produktionsprozesses, der Energiebereitstellung und deren Interaktion mit dem übergeordeten Energiesystem. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden vielversprechende Ansätze zur Reduktion der Kohlendioxidemissionen in der Elektrostahlerzeugung untersucht. Basierend auf Messdaten wurde ein komponenten- und zeitaufgelöstes Energiesystemmodell eines bestehenden Elektrostahlwerks erstellt. Dieses generiert energietechnische Kennzahlen und Lastprofile von Energieträgern und Gasen. Das Modell wurde genutzt, um eine techno-ökonomischen Bewertung einer Reihe von Maßnahmen zur Senkung des Energieverbrauchs und der Kohlendioxidemissionen vorzunehmen. Weiters wurde ein Optimierungsmodell entwickelt, um verschiedene Optionen für eine flexible Vor-Ort-Produktion von Sauerstoff, Wasserstoff und synthetischem Methan zu analysieren. So wurden die Auswirkungen der strompreisgetriebenen Fahrweise einer Power-to-Gas-Anlage auf das Stahlwerk und das übergeordente Energiesystem analysiert. Auf Grundlage der formulierten Forschungsfragen wurden die vorgeschlagenen Optionen im Hinblick auf Energieverbrauch, Lastflexibilität, Verringerung der Kohlendioxidemissionen und Wirtschaftlichkeit bewertet. Schließlich zeigt die vorliegende Arbeit einen möglichen Pfad zur kohlendioxidneutralen Energieversorgung eines Elektrostahlwerkes und die dafür notwendigen Rahmenbedingungen auf.
Titel in ÜbersetzungWege zur klimaneutralen EAF-Stahlproduktion mittels Energieeffizienz und Integration Erneuerbarer Energien
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Kienberger, Thomas, Betreuer (intern)
  • Raupenstrauch, Harald, Beurteiler A (intern)
  • Schenk, Johannes, Beurteiler B (intern)
  • Haider, Markus, Mitbetreuer (extern), Externe Person
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • EAF-Stahlproduktion
  • Energieeffizienz
  • Demand Side Management
  • Carbon Capture and Utilization
  • Oxyfuel-Verbrennung
  • Power-to-Gas

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