DRI vs. Hochofeneisen: Was ist der Unterschied?

DRI (direktreduziertes Eisen, auch Eisenschwamm genannt) ist Eisenerz, das unterhalb seines Schmelzpunktes, typischerweise bei 800-1.050 °C, zu festem metallischem Eisen reduziert wird, wobei es eine poröse feste Form mit 90-94 % Gesamteisen und 0,1-2,5 % Kohlenstoff behält. Hochofenroheisen wird durch vollständiges Schmelzen von Eisenerz und Hüttenkoks bei etwa 1.450-1.500 °C hergestellt, wobei flüssiges Eisen mit 3,5-4,5 % Kohlenstoff entsteht [1][2]. Sie speisen unterschiedliche nachgeschaltete Öfen: DRI speist Elektrolichtbogenöfen (EAF) als Schrottersatz; Roheisen speist Sauerstoffkonverter (BOF) in integrierten Stahlwerken. Hintergrundinformationen zur Herstellung von Eisenschwamm finden Sie im Leitfaden zum Eisenschwamm-Produktionsprozess.

Quellen: [1][2][3][4]. Routendetails und Kapazitätsdaten aus Midrex 2024 World DRI Statistics und Standardreferenzen der Stahlherstellung.

Der wesentliche strukturelle Unterschied besteht darin, dass DRI den Schmelzschritt vollständig umgeht. Das Eisenerz wird in einer reduzierenden Gasatmosphäre erhitzt, bis der Sauerstoff aus den Eisenoxiden entfernt ist, aber das Material wird niemals flüssig. Das Produkt ist ein poröser, schwammartiger Feststoff, der die physikalische Form des Erzpellets oder -stücks beibehält, aber nun überwiegend metallisches Eisen ist. Warum es Eisenschwamm genannt wird ist eine direkte Folge dieser Mikrostruktur.

Der Hochofen hingegen nutzt den Kohlenstoff aus Koks, um das Eisenerz sowohl zu reduzieren als auch zu schmelzen. Das geschmolzene Eisen nimmt 3,5-4,5 % Kohlenstoff aus dem Koks auf, was den Schmelzpunkt des Eisens auf etwa 1.150-1.200 °C senkt (von 1.538 °C für reines Eisen), was ein kontinuierliches Abstechen als flüssiges Roheisen ermöglicht. Dieser hohe Kohlenstoffgehalt ist der Grund, warum Roheisen in einem BOF raffiniert werden muss, bevor es zu Stahl wird: Der Konverter bläst Sauerstoff durch das flüssige Metall, um den überschüssigen Kohlenstoff auf Stahlniveau zu oxidieren.

Reduktionsmittelchemie: Wohin der Kohlenstoff geht

Die Reduktionsmittel unterscheiden sich in Art, nicht nur im Grad. Ein Hochofen wird mit Hüttenkoks betrieben, einem harten, porösen, kohlenstoffarmen Material, das durch destruktive Destillation von Kokskohle bei etwa 1.100 °C hergestellt wird. Der Koks erfüllt gleichzeitig drei Aufgaben im Schacht: Er liefert CO durch partielle Verbrennung an den Blasformen (2C + O2 zu 2CO), er stützt die Möllerung physikalisch, damit Gas durch die Säule nach oben strömen kann, und er löst sich im Gestell in das flüssige Eisen, um dem Roheisen seinen 3,5-4,5 % Kohlenstoffgehalt zu verleihen. Die Direktreduktion tut dies alles nicht mit Koks. Ein kohlebasierter Drehrohrofen verbrennt gewöhnliche nicht-verkokbare Kohle in einer unterstöchiometrischen Atmosphäre, um CO zu erzeugen, das mit Eisenoxidpellets im selben Ofen reagiert; ein gasbasierter Schachtofen reformiert Erdgas zu einer Mischung aus etwa 55 % H2 und 35 % CO, die im Gegenstrom zu einem absteigenden Pelletbett strömt [2]. Der Wasserstoffweg ist bedeutsam, da das einzige Nebenprodukt der Fe2O3-Reduktion durch H2 Wasserdampf ist, was wasserstoffbasiertes DRI zum führenden kohlenstoffarmen Weg für die Primärstahlerzeugung macht [5].

Produktform und deren Auswirkungen auf nachgeschaltete Prozesse

Da Roheisen den Hochofen als Flüssigkeit bei etwa 1.450 °C verlässt, ist der nachgeschaltete Prozess bereits festgelegt: Torpedowagen transportieren es direkt zu einem Sauerstoffkonverter, wo es innerhalb von Minuten entkohlt wird. Es gibt keine Lagerstufe, keinen Handel, keinen Transport außer innerhalb des Werks. DRI ist das Gegenteil. Das Produkt ist ein festes Pellet, Stück oder ein Heißbrikett, das gekühlt, gelagert, mit Schrott gemischt und nach dem Zeitplan eines Stahlherstellers in einen EAF eingebracht werden kann. Heißes DRI (HDRI) kann bei etwa 600-700 °C direkt in einen angrenzenden EAF gefördert werden, was eine Energieeinsparung von etwa 120-150 kWh pro Tonne Stahl bedeutet, aber die Option von kaltem DRI oder HBI bedeutet, dass eine DRI-EAF-Anlage geografisch weitaus weniger gebunden ist als ein Hochofen-BOF-Komplex.

Maßstab, Geografie und CO2-Fußabdruck

Die Kapazität schließt eine direkte Substitution an einem bestimmten Standort aus. Ein moderner Hochofen produziert 1-4 Mt Roheisen pro Jahr und Einheit, wobei die größten etwa 5 Mt/Jahr erreichen; ein Midrex- oder ENERGIRON-Schachtofen erreicht maximal etwa 2,5 Mt/Jahr, und kohlebasierte Drehrohröfen laufen mit 50-500 TPD oder etwa 18.000-180.000 t/Jahr. Integrierte Stahlwerke sind daher tendenziell große Küstenstandorte; DRI-Anlagen sind weitaus modularer und arbeiten wirtschaftlich in ein bis zwei Größenordnungen kleiner. Die Geografie spiegelt dies wider: Hochöfen dominieren in China, Japan, Korea und den traditionellen europäischen Stahlregionen, wo Kokskohle- und Eisenerz-Lieferketten um den integrierten Weg herum aufgebaut wurden. DRI dominiert dort, wo Erdgas billig oder Kokskohle knapp ist: Indien (54,7 Mt im Jahr 2024, hauptsächlich kohlebasierte Drehrohröfen), Iran (etwa 33 Mt, gasbasierte Schachtöfen) und die MENA-Region, mit wachsenden Investitionen in Nordamerika für gasbasierte Anlagen.

Die CO2-Intensität folgt dem Reduktionsmittel. Der Hochofen-BOF-Weg emittiert etwa 1.800-2.000 kg CO2 pro Tonne Stahl [4]. Kohlebasiertes DRI liegt bei 1.391-1.880 kg CO2 pro Tonne DRI; gasbasiertes DRI bei 815-1.160 kg CO2 pro Tonne DRI [3]. Wasserstoffbasiertes DRI reduziert dies um etwa 97 % im Vergleich zum Hochofenweg [5], weshalb die angekündigten kohlenstoffarmen Stahlprojekte in Schweden, Deutschland und am Golf alle Schachtöfen bauen, die darauf ausgelegt sind, schrittweise höhere H2-Anteile im Reduktionsgas aufzunehmen. Der Vergleich kohlebasiertes vs. gasbasiertes DRI schlüsselt die Emissionen der einzelnen Wege detaillierter auf, und die vorgelagerte Physik, warum das Produkt porös ist, wird in warum Eisenschwamm Schwamm genannt wird erklärt.