Strategien zur Schließung von Stoffkreisläufen am Beispiel der Stahl- und Zinkindustrie – ein konzeptioneller Beitrag zur Ressourceneffizienz in der Metallindustrie

Sauter, Andreas Gottfried

Metalle stellen das Grundgerüst moderner Gesellschaften dar. Ohne Metalle wäre eine heutige Lebensweise nicht denkbar. In Deutschland wird aktuell kein aktiver Bergbau zur Metallgewinnung mehr betrieben. Somit ist Deutschland in hohem Maße vom Import metallhaltiger Erze oder der Metalle selbst abhängig. Eine Möglichkeit, diese Abhängigkeit zu reduzieren besteht darin, die bereits vorhandenen metallischen Rohstoffe mit möglichst geringen stofflichen Verlusten im Kreislauf zu führen. Dadurch kann die Rohstoffbereitstellung ressourceneffizienter gestaltet werden. Damit einhergehend ist häufig auch eine Reduzierung der Umweltauswirkungen verknüpft. Im Rahmen der Arbeit werden vor diesem Hintergrund zwei Ansätze aus der Stahl- und Zinkindustrie vorgestellt, die für sich genommen bereits hohe Ressourceneffizienzsteigerungen aufweisen. Diese Ansätze beinhalten die Agglomeration von Hüttenreststoffen zur Rückführung in den Stahlherstellungsprozess sowie ein neuartiges Verfahren zur Entzinkung von Stahlschrotten. Zur Ermittlung der Ressourceneinsparungen werden die innovativen Ansätze einer ökonomischen sowie ökologischen Bewertung unterzogen und mit den Verfahren aus dem aktuellen Stand der Technik verglichen. Anschließend werden die beiden innovativen Ansätze einer integralen, gekoppelten Betrachtungsweise unterzogen. Die hierbei entstehenden und bei einer einzelnen Betrachtung nicht vorhandenen Ressourceneinsparpotenziale werden qualitativ diskutiert sowie Möglichkeiten zur Umsetzung dargelegt. Darauf aufbauend wird dieser integrierte Ansatz um weitere Möglichkeiten einer so optimierbaren Kreislaufwirtschaft erweitert. Es handelt sich dabei um Nebenprozesse der Stahlherstellung: Die Herstellung und der Einsatz von Biokoks zur Substitution von fossilem Koks sowie um den Einsatz bisher nicht verwertbarer magnesiumhaltiger Abfälle zur Roheisenentschwefelung. Zusätzlich wird der Transfer und die Auswirkungen der beschriebenen Ansätze auf die Edelstahlherstellung / Herstellung hochlegierter Stähle qualitativ beschrieben. Auf Basis der vorgestellten Ansätze werden in einem darauf folgenden Schritt Strategien entwickelt, die es branchenspezifischen Unternehmen der metallherstellenden/-verarbeitenden Industrie ermöglichen können, weitere innovative Ansätze zur Steigerung ihrer Ressourceneffizienz zu entwickeln und diese zu implementieren. Die beschriebenen und diskutierten Ansätze als Basis für eine Gesamtstrategie sind: Identifikation von ungenutzten Potenzialen, innovatives Stoffstrommanagement, Forschungsförderung, Netzwerkbildung sowie Anreizsysteme. Abschließend werden diese Ansätze einer Bewertung unterzogen und zu einer Gesamtstrategie zusammengefasst, die es ermöglicht in Abhängigkeit spezifischer Unternehmenspräferenzen maßgeschneiderte Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz zu verfolgen.

Metals are the basic structure of modern societies. Without metals, today's way of life would be inconceivable. In Germany, there exists currently no active mining for metal extraction. Thus, Germany is highly dependent on the import of metal-bearing ores or the metals themselves. One way to reduce this dependence is to recycle the metallic raw materials already available with as little material loss as possible. In this way, the supply of raw materials can be made more resource efficient. This is often accompanied by a reduction of the environmental impact. Against this background, two approaches from the steel and zinc industry are presented in this paper which in themselves already show high resource efficiency gains. These approaches include the agglomeration of steel mill residues for recycling into the steel production process and a novel process for dezincification of steel scrap. To determine the resource savings, the innovative approaches are subjected to an economic and ecological evaluation and compared with the processes from the current state of the art. Subsequently, the two innovative approaches are subjected to an integral, coupled approach. The resulting resource savings potentials, which are not available in each individual case, are discussed qualitatively and possibilities for implementation are presented. Based on this, the integrated approach is extended by further possibilities of a circular economy that can be optimized. These are secondary processes in steel production: the production and use of biocoke to substitute fossil coke and the use of previously unusable magnesium-containing waste for hot metal desulfurization. In addition, the effects of the approaches described are transferred on stainless steel production / production of high-alloy steels. Based on the approaches presented, the next step is to develop strategies that can enable sector-specific companies in the metal manufacturing/processing industry to develop further innovative approaches to increase their resource efficiency and to implement them. The approaches described and discussed as basis for an overall strategy are: Identification of unused potential, innovative material flow management, research funding, networking and incentive systems. Finally, these approaches will be evaluated and combined to an overall strategy, which allows to pursue tailor-made measures to increase resource efficiency depending on specific company preferences.

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Sauter, Andreas Gottfried: Strategien zur Schließung von Stoffkreisläufen am Beispiel der Stahl- und Zinkindustrie – ein konzeptioneller Beitrag zur Ressourceneffizienz in der Metallindustrie. Clausthal-Zellerfeld 2022.

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