So sollte die EPA „Buy Clean“-Standards für Stahl festlegen

Buy Clean Standards müssen richtig gestaltet sein, um Emissionen zu senken, ohne die heimische Stahlproduktion aus dem Geschäft zu drängen.

Ein Elektrolichtbogenofen im Stahlwerk NLMK Indiana in Portage, Indiana

Daniel Acker/Bloomberg über Getty Images

Dieser Blog wurde gemeinsam mit Anish Tilak (RMI), Sravan Chalasani (RMI) und Mike Williams (Center for American Progress) verfasst.

Der Inflation Reduction Act umfasst Direktinvestitionen in Milliardenhöhe zur Dekarbonisierung der US-amerikanischen Industrieproduktion und Pilotbeschaffung von kohlenstoffarmem Stahl, Beton und anderen weit verbreiteten Baumaterialien bei wichtigen Bundesbehörden unter dem Dach von Buy Clean: einer ehrgeizigen Strategie der Biden-Regierung zur Nutzung der Kaufkraft der Regierung, um den Klima-Fußabdruck von Infrastrukturprojekten zu verringern und die US-Industrie zu stärken. Das neue Klimagesetz beauftragt die US-Umweltschutzbehörde (EPA), erstmals Klimaleistungsstandards für „Buy Clean“ für alle vorrangigen Materialkategorien zu entwickeln und zu definieren, was bei staatlich finanzierten öffentlichen Bauprojekten als „sauber“ gilt.

Um wirksam zu sein, müssen Buy Clean-Programme kurzfristige Emissionsreduzierungen fördern und gleichzeitig einen längerfristigen Weg zur umfassenden Dekarbonisierung (Emissionsreduzierung um 70 Prozent oder mehr bis hin zur emissionsfreien oder nahezu emissionsfreien industriellen Fertigung) schaffen Schlüsselsektoren der heimischen industriellen Fertigung. Dies ist besonders kritisch im Stahlsektor, wo die Kohlenstoffintensität je nach Stahlproduktionsmethode erheblich variiert.

Gut konzipiert kann Buy Clean for Steel die Dekarbonisierung beschleunigen und einen wichtigen Anreiz für eine saubere, weltweit wettbewerbsfähige Fertigung und hochwertige Arbeitsplätze darstellen. Wenn Buy Clean schlecht konzipiert ist, könnte es eine Grundlage für weit verbreitete Standards schaffen, die Teile der heimischen Stahlindustrie aus dem Geschäft drängen würden, ohne die Gesamtemissionsintensität der Branche zu verringern. Um in diese Richtung zu gehen, muss die EPA ihre Richtlinien so gestalten, dass vermieden wird, dass Emissionen einfach ins Ausland gelangen und andere unbeabsichtigte Folgen auftreten, die unbeabsichtigt den Klimazielen schaden könnten. Dies erfordert von der Agentur einen flexiblen Ansatz, der auf die aktuelle Lage der Stahlindustrie reagiert und sich gleichzeitig im Laufe der Zeit im Einklang mit dem Branchenwandel weiterentwickelt.

In der heutigen Industrie ist die Stahlherstellung eine Mischung aus Primärherstellung (aus Erz) und Recycling. Bei der Primärstahlerzeugung wird Eisenerz in einem integrierten Hochofen/Basissauerstoffofen-System (BF/BOF) oder in einer Anlage für direkt reduziertes Eisen (DRI) verarbeitet. In einer BF wird Koks (ein aus Kohle gewonnener Brennstoff) verbrannt, um Eisenerze bei Temperaturen von bis zu 1.300 Grad Celsius chemisch zu reduzieren. Kohlendioxid (CO2) wird sowohl beim Erhitzen des Erzes als auch bei chemischen Reaktionen damit freigesetzt. Bei DRI reagiert ein reduzierendes Gas (z. B. Wasserstoff) bei niedrigeren Temperaturen mit Eisenerz zu Eisenschwamm, der dann brikettiert und in einem Elektrolichtbogenofen (EAF) verwendet werden kann.

Bei der Sekundärstahlerzeugung wird ein EAF verwendet, um vorhandenen Stahl, hauptsächlich Stahlschrott, zu schmelzen und ihn zu einem neuen Stahlprodukt zu recyceln. Dies verbraucht weniger Energie pro Tonne Stahl und führt zu deutlich geringeren Emissionen im Vergleich zur BF/BOF-Route, ist jedoch durch das Angebot an DRI-Produkten und Stahlschrott begrenzt. Während weltweit mehr als 70 Prozent des Stahls auf der BF/BOF-Route produziert werden und etwa 30 Prozent des Stahls DRI/EAF oder Schrott/EAF sind, ist das Verhältnis in den Vereinigten Staaten, wo EAF-Anlagen die Branche dominieren, ungefähr umgekehrt.

Entscheidend ist, dass bei der EAF-Stahlherstellung schrottfreie Inputs in Form von Roheisen (BF) oder Eisenschwamm (DRI) erforderlich sind, um die gewünschte chemische Zusammensetzung des Stahls zu erreichen. Die in EAFs produzierte Eisenmenge variiert. Die Beschaffung von Roheisen kann problematisch sein, da Unternehmen zuletzt mit Lieferungen aus Russland und der Ukraine zu kämpfen hatten. Abgesehen von der schrecklichen Natur der russischen Invasion in der Ukraine gilt die Eisenproduktion in diesen beiden Ländern oft als die schmutzigste der Welt. Im Gegensatz dazu wurden die meisten DRI im Inland in den Vereinigten Staaten hergestellt oder aus der Nähe (z. B. Trinidad und Tobago) importiert. Die EPA muss besonders darauf achten, die volle Auswirkung der Inputs auf die Stahlerzeugung zu verstehen und erste Standards festzulegen.

Stahlrecycling kann zur Emissionsminderung beitragen, insbesondere wenn die zum Schmelzen von Stahlschrott verwendeten EAFs mit kohlenstofffreiem Strom betrieben werden. Es ist jedoch nicht möglich, den weltweiten Stahlbedarf allein über die EAF-Route zu decken, da EAFs keinen neuen Stahl herstellen, sondern vorhandenen Stahl schmelzen, um neue Produkte herzustellen. Während Stahlschrott die wachsende Stahlnachfrage bis zu einem gewissen Grad decken kann, wird die inländische Primärstahlproduktion in den USA auch im Jahr 2050 ein wichtiger Bestandteil der Stahlindustrie sein. Die Dekarbonisierung der US-Stahlindustrie erfordert daher glaubwürdige Wege zur Reduzierung der Emissionen aus der Primärstahlerzeugung (DRI oder BOF).

RMI-Analyse

Aus den oben genannten Gründen sind US-amerikanische Primärstahlproduzenten wichtige Partner bei diesen Bemühungen, da Investitionen in die Dekarbonisierung der Primärstahlproduktion notwendig sind, um nationale Klimaziele zu erreichen. Schlecht konzipierte „Buy Clean“-Standards bergen jedoch das Risiko, dass sich die Nachfrage kurzfristig von der BF/BOF-Produktionsroute abwendet, was die Fähigkeit der primären Stahlhersteller beeinträchtigt, in die Dekarbonisierung zu investieren, ohne das Treibhausgasemissionsprofil der US-Stahlindustrie wesentlich zu verändern.

Nehmen Sie das Beispiel von Stahlhohlprofilen. Hohlprofile werden aus Stahlplatten hergestellt. Diese Platten können im BF/BOF- oder im EAF-Verfahren hergestellt werden. Die Emissionsintensität dieser Produkte wird vom Anteil an Primärmetall und Altmetall in diesen Produkten abhängen, es muss jedoch wiederholt werden, dass nicht der gesamte Bedarf an Baustahlprodukten mit EAFs gedeckt werden kann. Nahezu alle hohlen Baustahlprodukte, die im BOF-Verfahren hergestellt werden, weisen jedoch höhere Emissionen auf als solche, die mit EAFs hergestellt werden.

„Early Buy Clean“-Emissionsstandards für Stahlprodukte werden auf der Grundlage eines Perzentils der durchschnittlichen Emissionen der Branche festgelegt, die in Umweltproduktdeklarationen (EPDs) für eine Produktkategorie, wie z. B. Hohlprofile aus Stahl, angegeben sind. Kurzfristig sollten diese produktbasierten Standards so festgelegt werden, dass die Nachfrage nicht von primären Stahlerzeugungsanlagen weggetrieben wird, gleichzeitig aber begonnen wird, BOF-Anlagen dazu zu drängen, Best-Practice-Strategien zur Emissionsreduzierung einzuführen. Die EPA soll verhindern, dass die Entwicklung von Produktkategorieregeln (PCR) in der Stahlindustrie nach Herstellungsverfahren aufgeteilt wird, was die Vergleichbarkeit von EPDs in Zukunft verringern könnte.

Da die EPA jedoch mit der Zeit die „Buy Clean“-Emissionsstandards verschärft, wird es für Primärstahlhersteller immer schwieriger, mit EAF-Stahl zu konkurrieren. Eine unbeabsichtigte Folge könnte sein, dass BOF-Hersteller den Anteil an Stahlschrott in ihren Produkten erhöhen (bis zu einer praktischen Grenze von etwa 30 Prozent), ohne die Produktionspraktiken im BOF-Stahlwerk grundlegend zu ändern. Ein weiterer Grund könnte sein, dass Käufer dazu übergehen, ausschließlich bei EAF-Einrichtungen einzukaufen, was das Geschäft in BOF-Einrichtungen zu einem Zeitpunkt reduziert, an dem wichtige Dekarbonisierungsinvestitionen erforderlich sind. Beide Szenarien würden zu einer einfachen Umverteilung der Emissionen ohne nennenswerte Dekarbonisierung des Sektors führen. Um dies zu vermeiden, muss die EPA einen dynamischen Ansatz zur Festlegung von „Buy Clean“-Emissionsstandards für Stahl verfolgen, der auf einer genaueren Berichterstattung über den Recyclinganteil in EPDs basiert.

Eine Möglichkeit zur Festlegung von Emissionsstandards für Stahlprodukte besteht darin, den Anteil von Primär- und Schrottstahl im Endprodukt in Verbindung mit den jeweiligen Dekarbonisierungspfaden zu verwenden. Betrachten wir noch einmal den Fall der Stahlhohlprofile. Eine von RMI durchgeführte interne Analyse zeigt, dass in den USA hergestellte Hohlstahlprofile im Durchschnitt zu etwa 50 Prozent aus Stahlschrott bestehen – ein Verhältnis, das sich im Laufe der Zeit voraussichtlich ändern wird. Angenommen, Sie versuchen, einen Standard für Stahlhohlprofile für das Jahr 2030 festzulegen. Gemäß dem Szenario „Netto-Null-Emissionen bis 2050“ der Internationalen Energieagentur beträgt die Emissionsintensität für die primäre Stahlerzeugung im Jahr 2030 1,8 tCO2/t Stahl und 0,3 tCO2/t von Stahl für die schrottbasierte Sekundärstahlerzeugung.

RMI-Analyse

Anstatt einen statischen Emissionsintensitätsstandard festzulegen, könnte die EPA die Standards für Produkte mit einem höheren oder niedrigeren Recyclinganteil anpassen. Beispielsweise könnte für ein Hohlprofil mit 60 Prozent Stahlschrottanteil der Emissionsintensitätsstandard 0,9 tCO2/t Stahl betragen (1,8 x 40 Prozent + 0,3 x 60 Prozent). Bei Stahlhohlprofilen mit einem höheren Schrottanteil kann der Standard niedriger ausfallen. Wenn die gemeldete Emissionsintensität für das Hohlprofil Emissionen aus Herstellungsprozessen umfasst, kann ein durchschnittlicher Emissionsintensitätswert für die Stahlherstellung zum berechneten Standard von 0,9 tCO2/t Stahl addiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass sowohl die gemeldeten Daten als auch der berechnete Standard leicht vergleichbar sind.

Während die EPA „Buy Clean“-Standards für die Beschaffung von Stahl entwickelt, sollte sie von Anfang an der Transparenz über den Gehalt an recyceltem Schrott in bestimmten Stahlprodukten (z. B. Bewehrungsstahl, Blechstahl) als gemeldetem Parameter in EPDs sowie der Beschaffung Priorität einräumen wichtiger Rohstoffe wie Roheisen. Um eine Standardisierung aller EPDs zu gewährleisten, sollte die Agentur mit Betreibern von PCR-Programmen (Product Category Rule) in der Stahlindustrie zusammenarbeiten, um einen standardisierten Ansatz für die Einbeziehung von Recyclinganteilen als gemeldeten Parameter in EPDs festzulegen. Kurzfristig können Ziele anhand des geschätzten durchschnittlichen Recyclinganteils in Stahlprodukttypen festgelegt werden.

Sobald die Berichterstattung über den tatsächlichen Recyclinganteil und den Rohstoffeinsatz zur Standardpraxis wird, können Emissionsstandards für die Stahlindustrie mithilfe einer gleitenden Skala festgelegt werden, die entweder den Anteil von Primär- und Sekundärstahl oder separate Ziele für diese Komponenten berücksichtigt. Die EPA sollte ihre Absicht signalisieren, flexibel vorzugehen und die Standards so anzupassen, dass sie im Laufe der Zeit auf Veränderungen in der Branche reagieren.

Um bis Mitte des Jahrhunderts eine tiefgreifende Dekarbonisierung und letztlich nahezu null Emissionen zu erreichen, müssen Primärstahlhersteller, die derzeit das BF/BOF-Verfahren nutzen, auf lange Sicht erhebliche Dekarbonisierungsanstrengungen unternehmen. Buy Clean-Standards sollen Anreize schaffen und dazu beitragen, die Einführung wichtiger Dekarbonisierungstechnologien zu beschleunigen. Die EPA sollte die Ziele im Laufe der Zeit kontinuierlich überprüfen, um Veränderungen in der Branche Rechnung zu tragen. Wenn sich die Emissionsintensitäten schließlich annähern, kann es für die EPA angemessen sein, einen einzigen Standard für die Emissionen von im Rahmen von „Buy Clean“ gekauften Stahlprodukten festzulegen, unabhängig vom Verhältnis von Primärstahl zu Altstahl.

Analyse basierend auf IEA NZE-Daten

Es gibt mehrere mögliche Wege, um die Emissionen bei der primären Stahlerzeugung auf Null zu reduzieren. Eine besteht darin, einen BOF durch einen EAF zu ersetzen, der mit kohlenstofffreiem Strom betrieben wird, und einen BF durch DRI über einen Prozess zu ersetzen, der zu 100 Prozent mit Wasserstoff betrieben wird. Soweit der Wasserstoff „grün“ ist, also aus Wasser in einem Prozess hergestellt wird, der zu 100 Prozent (oder fast 100 Prozent) mit erneuerbarem Strom betrieben wird, würde der Prozess zu praktisch emissionsfreiem Stahl führen. Die Skalierung dieser Technologie bleibt eine große Herausforderung, vor allem wegen des notwendigen Ausbaus der erneuerbaren Energien. Der Aufbau einer heimischen grünen Stahlindustrie könnte jedoch ein Segen für die US-Wirtschaft und eine Quelle hochwertiger Arbeitsplätze sein. Die wirtschaftlichen Vorteile einer solchen Reindustrialisierung sind besonders ausgeprägt, wenn man bedenkt, dass die Vereinigten Staaten derzeit der weltweit größte Stahlimporteur sind. Und mit den Anreizen im Inflation Reduction Act haben die Vereinigten Staaten nun das Potenzial, den weltweit wettbewerbsfähigsten kohlenstoffarmen und kohlenstofffreien Stahl zu produzieren.

Buy Clean und andere bundesstaatliche Beschaffungspolitiken müssen darauf ausgerichtet sein, Anreize für diesen Wandel im US-Stahlsektor zu schaffen und gleichzeitig das Risiko kurzfristiger Verluste zu mindern. Angesichts der Dringlichkeit wird es für die Bundesregierung zwingend erforderlich sein, direkt in diesen Übergang zu investieren. In Anerkennung dessen stellte der Kongress über das US-Energieministerium historische Zuschüsse in Höhe von 6 Milliarden US-Dollar für die industrielle Dekarbonisierung zur Verfügung, um schwere Industrieanlagen zu dekarbonisieren, einschließlich der Nachrüstung oder des Ersatzes von Hochöfen durch kohlenstoffarme Primärstahlerzeugungstechnologie, sowie für andere Bundesprogramme, die darauf abzielen, diesen Industriewandel zu beschleunigen . Die amerikanischen Stahlproduzenten ihrerseits müssen sich dringend auf die Reduzierung der Emissionen über mehrere Zeithorizonte – kurz-, mittel- und langfristig – konzentrieren und tiefgreifende Dekarbonisierungstechnologien für die Primärstahlerzeugung einführen.