Die Eisen- und Stahlindustrie ist für 9 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. In Deutschland entfallen rund 28 % der gesamten Industrieemission auf den Stahlsektor. Entsprechend hoch ist der Druck auf Stahlproduzenten, ihre Geschäftstätigkeit zu dekarbonisieren.

Technologietrends wie die Elektrifizierung bisher fossil getriebener Prozesse und der Einsatz von Wasserstoff als Reduktionsmittel ermöglichen es der Stahlindustrie, Kohle durch saubere Energiequellen zu ersetzen und grünen Stahl in viel größeren Mengen zu produzieren.

Zusätzlich zu diesen technischen Umstellungen müssen aber auch die Abläufe kontinuierlich optimiert werden. Denn deutsche Behörden schlagen vor, dass die Produktion grünen Stahls zukünftig einem Zertifizierungsverfahren unterzogen werden soll, welches die genaue Messung und Meldung der CO2-Emissionen beinhalten. Infolgedessen werden die Hersteller stärker besteuert, wenn sie bestimmte Emissionsschwellen überschreiten.

Hardware- und Softwaretechnologien für die grüne Stahlproduktion

Die Markttrends verändern die Art und Weise, wie Stahlunternehmen ihre Geschäfte führen. So stellen beispielsweise führende Unternehmen wie Algoma Steel und ArcelorMittal auf die Herstellung von Elektrostahl um, da sie so die CO2-Emissionen um 60 bis 70 % senken können.

Ein bemerkenswertes Beispiel ist auch der europäische Stahlhersteller Liberty Ostrava, der gegenwärtig seinen Betrieb auf eine umweltfreundliche Stahlproduktion umstellt mit Hilfe von Hybrid-Lichtbogenöfen und einer modernen Stromversorgungsinfrastruktur, welche die Wasserstoffproduktion sowie die Verwendung einer größeren Menge an Stahlschrott ermöglicht. Diese Strategien werden die Abhängigkeit des Unternehmens von importierter Kohle verringern und die CO2-Emissionen erheblich reduzieren. Der Austausch der Öfen und der Ausbau der elektrischen Infrastruktur ist jedoch nur ein Teil der Dekarbonisierung der Stahlindustrie. Liberty Ostrava modernisiert deshalb auch seine Automatisierungssoftware, um den Betrieb in Vorbereitung auf die Einführung von Elektrolichtbogenöfen (EAF) und Direktreduktionsanlagen (DRI) effizienter zu machen.

Eine Cloud-basierte Automatisierungsplattform für grünen Stahl

Der Einsatz der digitalen Plattform AVEVA PI wird es den Akteuren im Stahlwerk ermöglichen, die Energieeffizienz der Produktion zu erhöhen. Sie unterstützt dabei,

• detaillierte Betriebsanalysen durchzuführen,
• bestehende und neue Systeme zu optimieren,
• ein zustandsorientiertes Echtzeit-Programm für Wartung, Prozesse, Umweltemissionen sowie Energieverbrauch zu implementieren.

Wenn die Plattform in ihren Betriebsanalysen Anomalien feststellt, benachrichtigt sie die Betreiber, sodass diese in der Lage sind, Präventivmaßnahmen zu ergreifen, um Ausfallzeiten zu vermeiden. Das Überwachungssystem hilft auch bei der Optimierung des Rohstoffeinsatzes und des Energieverbrauchs. Auf diese Weise ermöglicht es den Betreibern, basierend auf genaueren Daten, bessere Entscheidungen zu treffen. So gelang es dem Systemanwender Liberty Ostrava, in nur einem Jahr die Produktionsverluste um 10 % zu senken und die Qualität um 15 % zu steigern. Das bedeutete Einsparungen von Hunderttausenden von Dollar pro Monat.

Mit der Implementierung der neuen EAF- und DRI-Technologien können diese Einsparungen exponentiell steigen. Um die Folgen anstehender Neuerungen besser einzuschätzen, kommen digitale Zwillinge zum Einsatz.

Betrieb simulieren und überwachen mit digitalen Zwillingen

Liberty Ostrava verwendet auch die Digital Twin Lösungen von AVEVA, um seinem Betrieb zu modernisieren und optimieren. Diese erstellen ein cloudbasiertes virtuelles Modell der Anlage, mit dem Ingenieure in der Lage sind, eine neue Steuerungslogik anhand von Bedienergrafiken in einem virtuellen Inbetriebnahme-Szenario zu testen. So können sie potenzielle Fehler minimieren und die Prozesse für das An- und Abfahren der Anlagen optimieren. Dafür bietet der digitale Zwilling eine visuelle Darstellung der elektrischen und automatisierungstechnischen Funktionen des Stahlwerks mit der Möglichkeit, tiefer in die Ofenbetriebsprozesse einzutauchen.

Werkzeuge wie der digitale Zwilling von ETAP dienen außerdem dazu, bestehende elektrische Netzeigenschaften zu simulieren und die Auswirkungen von Änderungen am elektrischen System einer Anlage zu testen und zu messen, ohne das aktive System zu stören. Werden beide Tools genutzt, können Ingenieure mit dem digitalen Zwilling Sollwerte optimieren und gleichzeitig Parameter wie die Gaszufuhr oder chemische Reaktionen überwachen. Die Ergebnisse sind eine Reduzierung der CO2-Emissionen, eine höhere Prozessstabilität und Energieeinsparungen – wichtige Vorbereitungen vor der Umstellung auf grünen Stahl.

Gemeinsam für grünen Stahl

Schneider Electric, AVEVA und ETAP bieten einen klaren Mehrwert für die Bestrebungen der Stahlindustrie auf dem Weg zur Dekarbonisierung. Die ausgefeilten Tools zur Verfolgung der CO2-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus der Anlage unterstützen die Stahlhersteller im Zertifizierungsprozess.

Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Sie Ihre CO2-Emissionen schneller reduzieren und die Energiekosten in der Stahlindustrie senken können, sehen Sie sich das gemeinsame Webinar von Schneider Electric, AVEVA und ETAP über grünen Stahl an.