2023 wurden jährlich fast zwei Milliarden Tonnen Stahl produziert. Genug, um Manhattan mit einer mehr als drei Meter dicken Schicht zu bedecken: Doch bei der Stahl-Herstellung wird eine große Menge Kohlendioxid frei. Bei den gängigsten Verfahren beziffert sich der Ausstoß pro Tonne Stahl auf etwa zwei Tonnen Kohlendioxid. Insgesamt verursacht die Herstellung inzwischen etwa acht Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen. Damit ist die Branche einer der größten industriellen Emittenten und übertrumpft andere Quellen, wie etwa den Luftverkehr.

Um eine klimafreundlichere Alternative zu finden, arbeitet eine Handvoll Unternehmen an Wegen zu emissionsarmem oder emissionsfreiem Stahl und hat dabei Prototypen und Kleinserien bereits hinter sich gelassen. Unter ihnen ragt besonders das schwedische Unternehmen Stegra (Schwedisch für „Erheben“) heraus, das ursprünglich H2 Green Steel hieß. Die im Jahr 2020 gegründete Firma hat fast sieben Milliarden US-Dollar an Mitteln eingeworben und baut derzeit ein Werk in Boden, einer Stadt in Nordschweden. Es wird die erste Fabrik der Welt sein, die grünen Stahl in wirklich industriellem Maßstab herstellt. Nach eigenen Angaben will Stegra 2026 mit der Produktion beginnen und zunächst 2,5 Millionen Tonnen und später dann 4,5 Millionen Tonnen Stahl pro Jahr herstellen.

Der dafür verwendete Wasserstoff wird mit erneuerbarer Energie erzeugt. Er dient dazu, Eisenerz zu Stahl zu verarbeiten. Das in einem Teil Schwedens mit reichlich Wasserkraft gelegene Werk von Stegra wird jenen Energieträger sowie Windenergie nutzen, um einen riesigen Elektrolyseur anzutreiben, der Wasser spaltet, um Wasserstoff zu erzeugen. Das Wasserstoffgas wird anschließend verwendet, um dem Eisenerz den Sauerstoff zu entziehen und metallisches Eisen zu gewinnen – ein wichtiger Schritt bei der Stahlerzeugung.

Dieses Verfahren, bei dem Wasserstoff zur Herstellung von Eisen und anschließend von Stahl verwendet wird, wurde bereits in Pilotanlagen von Midrex, einem amerikanischen Unternehmen, von dem Stegra die Ausrüstung erworben hat, eingesetzt. Stegra wird jedoch zeigen müssen, dass das Prinzip in einer weitaus größeren Anlage funktioniert. „Wir haben noch mehrere Schritte vor uns, die bisher nicht in großem Maßstab erprobt wurden“, räumt Maria Persson Gulda ein, Chief Technology Officer. Zu diesen Schritten gehört auch der Bau des Elektrolyseurs, der einer der größten auf dem Planeten sein wird.

Preise auf dem Markt für Stahl

Abgesehen von den Unwägbarkeiten, die mit der Skalierung einer neuen Technologie einhergehen, steht Stegra auch vor großen geschäftlichen Herausforderungen. Die Stahlindustrie gilt als margenschwacher, wettbewerbsintensiver Sektor, in dem Unternehmen ihre Kunden hauptsächlich über den Preis gewinnen. Sobald der Betrieb aufgenommen wird, kann Stegra zumindest nach eigenen Berechnungen Stahl annähernd zu den gleichen Kosten wie das klimaintensive Produkt herstellen, vor allem dank des Zugangs zu billigem Strom. Das Unternehmen plant jedoch, 20 bis 30 Prozent mehr zu verlangen, um die 4,65 Milliarden Dollar zu decken, die der Bau des Werks kosten wird. Laut Gulda hat Stegra bereits Verträge über 1,2 Millionen Tonnen Stahl verkauft, die in den nächsten fünf bis sieben Jahren produziert werden sollen. Und die neuesten Kunden – wie zum Beispiel Automobilhersteller, die ihre Klimagasemissionen reduzieren und ihre Produkte als umweltfreundlich vermarkten wollen – haben sich bereit erklärt, den gewünschten Aufschlag von 30 Prozent zu zahlen. Die Frage ist jetzt: Kann Stegra überhaupt liefern?

Zur Herstellung von Stahl – einer Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, der je nach Bedarf noch einige andere chemische Elemente beigemischt werden – muss zunächst der Sauerstoff aus dem Eisenerz entfernt werden, das aus der Erde kommt. Dann erhält man das gereinigte Metall. Der gängigste Stahlherstellungsprozess beginnt in Hochöfen, wo das Erz mit einem kohlenstoffreichen Kohlederivat namens Koks vermischt und erhitzt wird. Der Kohlenstoff reagiert mit dem Sauerstoff im Erz zu Kohlendioxid; das zurückbleibende Metall kommt dann in eine andere Art von Ofen, wo ihm unter großer Hitze und hohem Druck mehr Sauerstoff zugeführt wird. Das Gas reagiert mit den verbleibenden Verunreinigungen zu verschiedenen Oxiden, die dann entfernt werden. Zurück bleibt Stahl.

Die zweite konventionelle Methode, mit der ein weitaus geringerer Anteil des weltweit produzierten Stahls hergestellt wird, ist die sogenannte Direktreduktion. Dabei kommt in der Regel Erdgas zum Einsatz, das in Wasserstoff und Kohlenmonoxid aufgespalten wird. Beide Gase reagieren mit dem Sauerstoff, um diesen aus dem Eisenerz herauszulösen, wobei Kohlendioxid und Wasser als Nebenprodukte anfallen. Das verbleibende Eisen wird in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen und weiterverarbeitet, um Verunreinigungen zu entfernen und Stahl zu erzeugen. Insgesamt ist diese Methode um etwa 40 Prozent emissionsärmer als die Hochofentechnik, aber es entsteht immer noch mehr als eine Tonne Kohlendioxid pro Tonne Stahl.

Doch warum nicht einfach Wasserstoff verwenden, anstatt mit Erdgas zu beginnen? Das einzige Nebenprodukt wäre Wasser. Und wenn man, wie Stegra es plant, grünen Wasserstoff verwendet, der mit sauberer Energie hergestellt wurde, ergibt sich eine neue und vielversprechende Art der Stahl-Herstellung, die theoretisch nahezu emissionsfrei sein könnte. Das Verfahren von Stegra ist der üblichen Direktreduktionstechnik sehr ähnlich, nur dass es, da es nur Wasserstoff verwendet, eine höhere Temperatur benötigt. Es ist nicht die einzige Möglichkeit, Stahl mit geringerem CO₂-Fußabdruck herzustellen, aber es ist die einzige Methode, die kurz davor steht, in industriellem Maßstab eingesetzt werden zu können.

Stegra hat den Grundstein für sein Werk gelegt und ist derzeit dabei, das Dach und die Wände zu errichten. In dem Gebäude, in dem die Lichtbogenöfen das Eisen schmelzen und den Stahl produzieren werden, sind die ersten Anlagen installiert und die Arbeiten an dem Bereich, in dem ein 700-Megawatt-Elektrolyseur – der größte in Europa – untergebracht sein wird, sind im vollen Gange.

Für die Herstellung von Wasserstoff, die Reinigung des Eisens und die Produktion von 2,5 Millionen Tonnen Rohstahl pro Jahr wird das Werk zehn Terawattstunden Strom verbrauchen. Das ist eine gewaltige Menge, die dem Jahresverbrauch eines kleinen Landes wie Estland entspricht. Obwohl die Stromkosten in den Verträgen von Stegra vertraulich sind, deuten öffentlich zugängliche Daten auf Preise um 32 Dollar pro Megawattstunde hin – oder sogar mehr. Bei diesem Preis würden zehn Terawattstunden 320 Millionen Dollar kosten.

Viele der Abnehmer des hochwertigen grünen Stahls kommen aus der Automobilindustrie, darunter Mercedes-Benz, Porsche, BMW, die Volvo-Gruppe und Scania, ein schwedisches Unternehmen, das Lastwagen und Busse herstellt. Sechs Unternehmen, die Möbel, Haushaltsgeräte und Baumaterialien produzieren – darunter Ikea – haben sich ebenfalls zumindest angemeldet, ebenso wie fünf Firmen, die Stahl kaufen und selbst an viele verschiedene Hersteller vertreiben. Einige dieser Autohersteller – darunter Volvo, das von Stegra und dem Konkurrenten SSAB kaufen will – vermarkten Autos, die mit dem grünen Stahl hergestellt wurden, als „fossilfrei“. Und da Autos und Lastwagen auch viele Teile haben, die viel teurer sind als Stahl, trägt ein solcher, der die Autohersteller etwas mehr kostet, nur wenig zu den Kosten eines Fahrzeugs bei. Schätzungen zufolge sind es vielleicht ein paar hundert Dollar oder sogar weniger. Viele Unternehmen haben sich zudem interne Ziele zur Emissionssenkung gesetzt. Der Kauf von grünem Stahl kann sie diesen Zielen näher bringen.

Das Geschäftsmodell von Stegra wird teilweise durch die einzigartigen wirtschaftlichen Bedingungen in der Europäischen Union ermöglicht. Im Dezember 2022 billigte das Europäische Parlament Zölle auf importierte CO₂-intensive Produkte wie Stahl, den sogenannten Carbon Border Adjustment Mechanism (CBAM). Ab 2024 verlangt diese Regelung von denjenigen, die Eisen, Stahl und andere Rohstoffe importieren, dass sie die damit verbundenen Klimaemissionen melden. Ab 2026 müssen die Unternehmen dann Gebühren zahlen, die sich nach dem Ausstoß der Materialien richten. Einige Branchen wetten bereits darauf, dass sich der Aufschlag von 30 Prozent für Stegra-Stahl lohnen könnte.

Devise für das neue Stahl-Werk: Kosten senken und Einnahmen steigern

Obwohl die EU Anreize für die Dekarbonisierung der Stahlimporteure in Europa schaffen könnte, werden die Hersteller von grünem Stahl wahrscheinlich auch Subventionen benötigen, um die Kosten für die Ausweitung der Produktion zu decken. Das sagt Charlotte Unger, Wissenschaftlerin am Forschungsinstitut für Nachhaltigkeit in Potsdam. Im Fall von Stegra wird das Unternehmen 275 Millionen Dollar von der Europäischen Kommission erhalten, um den Bau des Werks zu unterstützen; außerdem wurden ihm 258 Millionen Dollar aus dem Innovationsfonds der EU gewährt.

Daneben arbeitet Stegra daran, die Kosten zu senken und die Einnahmen zu steigern. Laut Olof Hernell, Chief Digital Officer, hat das Unternehmen stark in digitale Produkte investiert, um die Effizienz zu steigern. So wird etwa ein halb-automatisches System eingesetzt, um den Stromverbrauch entsprechend den schwankenden Netzpreisen zu erhöhen oder zu senken. Stegra hat festgestellt, dass es noch keine ausgefeilte Software gibt, mit der sich die Emissionen, die das Unternehmen bei jedem Schritt des Stahlherstellungsprozesses produziert, verfolgen lassen. Daher stellt es ein eigenes System für die CO₂-Bilanz her, die es bald im Rahmen eines neuen Spin-off-Unternehmens an andere Hersteller verkaufen will. Diese Art der Buchführung ist für Stegra äußerst wichtig, sagt Hernell, denn „wir verlangen einen ziemlich hohen Aufschlag, und dieser ist nur mit dem Versprechen eines geringen CO₂-Fußabdrucks zu erreichen.“

Solange das CBAM in Kraft bleibt, glaubt Stegra, dass es mehr als genug Nachfrage nach seinem grünen Stahl geben wird, vor allem, wenn andere Klimabepreisungen in Kraft treten. Der Optimismus des Unternehmens wird durch die Tatsache gestärkt, dass es davon ausgehen kann, als erstes Unternehmen auf den Markt zu kommen und die Kosten mit der Zeit sinken werden. Damit sich grüner Stahl jedoch auf dem Markt durchsetzen kann oder rentabel bleibt, sobald mehrere Unternehmen mit der Herstellung größerer Mengen beginnen, müssen die Herstellungskosten schließlich mit denen von herkömmlichem Stahl konkurrieren.

Auch wenn die Aussichten für Stegra in Europa vielversprechend sind, ist es unwahrscheinlich, dass sein wasserstoffbasiertes Stahlerzeugungssystem an vielen anderen Orten der Welt wirtschaftlich sinnvoll ist – zumindest zeitnah. Es gibt nur sehr wenige Regionen, die über eine so große Menge an sauberem Strom und einen einfachen Zugang zum Stromnetz verfügen. Ferner ist Nordschweden reich an hochwertigem Erz, das sich mit der Methode der direkten Wasserstoffreduktion leicht verarbeiten lässt, sagt Chris Pistorius, Metallurgieingenieur und Co-Direktor des Center for Iron and Steelmaking Research an der Carnegie Mellon University. Grüner Stahl kann auch aus minderwertigem Erz hergestellt werden, sagt Pistorius, „aber er hat den Nachteil eines höheren Stromverbrauchs und damit einer langsameren Verarbeitung“.

Angesichts der EU-Förderung sind in Schweden und anderen europäischen Ländern weitere Stahl-Werke auf Wasserstoffbasis in Planung. Hybrit, eine grüne Stahltechnologie, die von SSAB, dem Bergbauunternehmen LKAB und dem Energieerzeuger Vattenfall entwickelt wurde, verwendet ein ähnliches Verfahren wie das von Stegra. LKAB hofft, bis 2028 eine Demonstrationsanlage in Gällivare, ebenfalls in Nordschweden, fertigstellen zu können. Die Fortschritte wurden jedoch durch Probleme bei der Erlangung der erforderlichen Umweltgenehmigung verzögert.

In der Zwischenzeit arbeitet ein Unternehmen namens Boston Metal an der Kommerzialisierung einer anderen Technik, um die Bindungen im Eisenoxid direkt zu brechen, indem Strom durch eine Mischung aus Eisenerz und Elektrolyten geleitet wird, wobei extrem hohe Hitze entsteht. Durch diesen elektrochemischen Prozess wird ein gereinigtes Eisenmetall gewonnen, das zu Stahl verarbeitet werden kann. Die Technologie ist zwar noch nicht in großem Maßstab erprobt, aber Boston Metal hofft, sein Verfahren zur Herstellung von grünem Stahl im Jahr 2026 lizenzieren zu können. Es ist abzusehen, dass diese neuen Techniken zunächst mehr kosten werden, und Verbraucher und Staatwerden die Rechnung bezahlen müssen, kommentiert Jessica Allen, Expertin für grüne Stahlproduktion an der Universität von Newcastle in Australien.

Im Fall von Stegra scheinen beide dazu bereit zu sein. Aber außerhalb der EU wird es schwieriger. Außerdem wird die Herstellung von genügend grünem Stahl, um die Emissionen des Sektors deutlich zu senken, wahrscheinlich ein ganzes Bündel verschiedener Techniken erfordern, um erfolgreich zu sein. Dennoch spielt Stegra als erstes Unternehmen auf dem Markt eine wichtige Rolle, sagt Allen. Seine Leistung wird die Wahrnehmung von grünem Stahl in den kommenden Jahren prägen. „Die Bereitschaft, ein Risiko einzugehen und tatsächlich zu bauen – das ist genau das, was wir brauchen.“ Es brauche mehr Unternehmen wie dieses.

Im Moment ist das Werk von Stegra, das in den borealen Wäldern Nordschwedens entsteht, das führende Projekt der Branche. Wenn es 2026 den Betrieb aufnimmt, soll es der erste Beweis dafür sein, dass Stahl in industriellem Maßstab hergestellt werden kann, ohne große Mengen an Kohlendioxid freizusetzen. Und – was mindestens genauso wichtig ist – dass die Kunden bereit sind, dafür zu bezahlen.