Optimierte Eisenerz-Pellets zur effizienteren Herstellung von nachhaltigem Stahl
Wissenschaftler des MPI-SusMat erhalten den Outstanding Paper Award 2024
Yan Ma, wissenschaftlicher Gruppenleiter, und seine Co-Autoren Isnaldi Souza Filho, Xue Zhang, Supriya Nandy sowie weitere Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien (MPI-SusMat) wurden mit dem Outstanding Paper Award 2024 der Fachzeitschrift International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials ausgezeichnet. Die ausgezeichnete Forschungsarbeit untersucht das Reduktionsverhalten von Eisenerzpellets, die eingesetzt werden um Eisen und später Stahl mit Hilfe von Wasserstoff herzustellen. Und zeigt, wie die lokale Mikrostruktur der Pellets die Effizienz der wasserstoffbasierten Direktreduktion beeinflusst – ein Schlüsselschritt für eine CO₂-freie Stahlproduktion.
Stahl ist nach wie vor ein Grundpfeiler moderner Infrastruktur, doch seine Herstellung ist für 8% der globalen CO₂-Emissionen und 35% der industriebedingten Emissionen verantwortlich. Das Forschungsteam konnte zeigen, dass die Struktur, Porosität und Phasenumwandlungen der Pellets die Reduktionskinetik erheblich beeinflussen. „Wasserstoff diffundiert zwar schneller durch Eisenerzpellets als kohlenstoffbasierte Reduktionsmittel, doch gerade die letzte Reduktionsstufe – von Wüstit zu metallischem Eisen – verläuft erstaunlich langsam und verbraucht mehr Wasserstoff als theoretisch erwartet. Das macht den Prozess extrem kostenintensiv“, erklärt Ma, Erstautor der Publikation. Aktuell eingesetzte Pellets sind nicht für die wasserstoffbasierte Reduktion optimiert. Durch eine gezielte Anpassung ihrer Größe, Porosität und Mikrostruktur ließe sich die CO₂-freie Stahlproduktion deutlich effizienter und wirtschaftlicher gestalten.
Die Forschungsarbeit entstand in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der RWTH Aachen und liefert wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung nachhaltiger Stahlerzeugungsverfahren.
