Im mittelfristigen Szenario werden neue Technologien in den Produktionsprozess der Eisen- und Stahlerzeugung eingeführt, z. B. ein höherer Schrottanteil in Sauerstoffblasöfen (BOF), mehr Stahlerzeugung auf der Grundlage von Elektrolichtbogenöfen (EAF) sowie eine direktere Reduzierung der Produktionskapazität. Daher muss der Einfluss der Rohstoffqualität, der neuen Produktionstechnologien und der Zusammensetzung der anfallenden Nebenprodukte auf das derzeitige Modell der Kreislaufwirtschaft sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht berücksichtigt werden.

Die Wiederverwertung von Stahlschrott (unabhängig davon, ob es sich um Hausschrott, Industrieschrott oder Post-Verbraucher-Schrott handelt), die Erhöhung des Schrottverbrauchs, die Rückgewinnung von Eisen aus Rückständen und die Verwendung von minderwertigen Eisenerzmaterialien sind von entscheidender Bedeutung, um den Bedarf an zusätzlicher Primärressourcengewinnung zu verringern und somit die Umweltauswirkungen der Stahlherstellung zu reduzieren. Dies trägt auch zu einem klugen und nachhaltigen Umgang mit den Eisenressourcen bei. Die Anwendung von Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft auf das Produktdesign (d. h. Design für die Wiederaufarbeitung und das Recycling) wird es ermöglichen, Eisen- und Nichteisenmetalle, wie z. B. Kupfer, leichter zu trennen und zu recyceln.

Die Vorschläge sollten eine höhere Verwertung von minderwertigen eisenhaltigen Materialien in Betracht ziehen, insbesondere, aber nicht ausschließlich, von minderwertigem Schrott mit höheren Anteilen an unerwünschten Elementen (Rest- und Legierungselemente wie Cu, Sn, Sb, As und Bi, aber auch Cr, Mo, B), die die Herstellung vieler Stahlsorten verhindern, sowie eine höhere Verwertung interner Rückstände, wobei der Schwerpunkt auf dem Recycling der Metallanteile liegt. Sofern für die vorgeschlagene Studie geeignet, sollten analytische Forschungsinfrastrukturen wie Synchrotronanlagen in Betracht gezogen werden, da sie in der Lage sind, große Mengen an statistisch relevanten Daten zu liefern. Ziel ist es, ein nachhaltiges Konzept für einen geringeren Einsatz von neuen Rohstoffen zu entwickeln.

Darüber hinaus werden die bestehenden Recycling- und Wiederverwendungslösungen für die heutige Stahlindustrie in Mitleidenschaft gezogen und es müssen neue Lösungen entwickelt werden, um eine nachhaltige Entwicklung der Stahlindustrie in der Zukunft zu gewährleisten. Die Projekte sollten auf die Auswahl und Integration der besten verfügbaren und anwendbaren Technologien abzielen, die durch digitale intelligente Werkzeuge unterstützt werden. Dies sind Schlüsselelemente für die Verbesserung und Anpassung von Lösungen für die Kreislaufwirtschaft im Hinblick auf das langfristige Ziel der Abfallvermeidung, indem die Verwendung von Schrott, die Recyclingquote und die Verwertung von Rückständen erhöht werden, um die gleiche Qualität des Endprodukts zu erreichen und gleichzeitig die CO₂-Emissionen aufgrund des geringeren Energiebedarfs im Vergleich zu Eisenerz zu verringern.

Multidisziplinäre Forschungsaktivitäten sollten sich mit einem oder mehreren der folgenden Themen befassen:

• Neue Technologien zur Verringerung/Wiederverwendung/Recycling von Rückständen und Nebenprodukten in der nächsten Generation von Eisenerz- und Stahlerzeugungsprozessen:
  • Steigerung der Wiederverwendung und des Recyclings von Schlacken aus der Stahlerzeugung und Gießerei;
  • Recycling und Valorisierung von Stäuben und Schlämmen;
  • Rückgewinnung von Eisen und Metallfraktionen aus werksinternen Rückständen;
  • Konditionierungsverfahren für die Verwendung von Rückständen und minderwertigen Eisenerzsorten, wie Agglomeration oder Pelletierung;
  • Umsetzung der Kreislaufwirtschaft und der industriellen Symbiose mit dem langfristigen Ziel der Abfallvermeidung.
• Nachhaltiges und effizientes Schrottmanagement und -recycling mit dem Ziel einer hochwertigen Stahlproduktion mit erhöhten Schrottraten, einschließlich:
  • Verbesserte mechanische Schrottaufbereitung in Verbindung mit Schrottanalysen auf verschiedenen Ebenen;
  • Kontinuierliche Analyse und Überwachung der Schrottzusammensetzung unter Verwendung von Sensorsystemen mit begleitender modellgestützter Big-Data-Analytik und Techniken der Künstlichen Intelligenz (KI) zur Schrottklassifizierung;
  • Schrottplatzmanagement und Chargenvorbereitung zur Qualitätsverbesserung;
  • Optimierte und flexiblere primäre und sekundäre Stahlerzeugungsprozesse unter Berücksichtigung verbesserter Schrottraten.

Mit diesem Thema wird die ko-programmierte Europäische Partnerschaft für sauberen Stahl umgesetzt.

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• Einführung hocheffizienter Technologien zur Rückgewinnung von Metallen (Eisen und Nichteisenmetalle) und mineralischen Fraktionen aus den Rückständen der Stahlerzeugung im Werk. Die Rückgewinnungstechnologie sollte die Zusammensetzung und die Eigenschaften der Rückstände wie z. B. Schlacke, Schlamm, Zunder, Filterstaub und Sinterabfälle aus Hochöfen / Sauerstoffblasöfen (BF / BOF) und Elektrolichtbogenöfen (EAF), aber auch aus der Eisen- und Stahlerzeugung der nächsten Generation wie z. B. der Direktreduktion / Elektrolichtbogenöfen (DR / EAF), einschließlich des Schmelzens und der Reduktion von minderwertigem Eisenerz, berücksichtigen, ohne darauf beschränkt zu sein. Zwei Wege sind denkbar: Der erste basiert auf Kühlung und mechanischen Schritten, wie z. B. Nass- oder Trockengranulierung, gefolgt von Phasentrennung; der zweite beruht auf speziellen Verfahren, die eine direkte Wiederverwertung von Rückständen in bestehenden Produktionsprozessen oder in eigenständigen pyrometallurgischen Schmelz- und Reduktions- oder hydrometallurgischen/biohydrometallurgischen Anlagen ermöglichen. Diese Kenntnisse und Ergebnisse sollten die Valorisierung von Rückständen in der derzeitigen Wertschöpfungskette und/oder in innovativen Anwendungen unterstützen. Gegebenenfalls könnten die Rückstände auf mikroskaliger Ebene durch (auch multimodale) Charakterisierung in analytischen Forschungsinfrastrukturen chemisch und strukturell charakterisiert werden, was die Gewinnung relevanter statistischer Informationen ermöglichen würde;
• Beschreibung und/oder Änderung der Zusammensetzung und der Eigenschaften von Rückständen, wie z. B. Schlacken und/oder Schlämme, die bei der Stahlerzeugung der nächsten Generation anfallen, wie z. B. beim DR/EAF-Verfahren. Diese Kenntnisse und Ergebnisse sollten die Valorisierung der Rückstände in der derzeitigen Wertschöpfungskette und/oder in innovativen Anwendungen unterstützen. Gegebenenfalls könnten die Rückstände auf Mikroebene durch (auch multimodale) Charakterisierung in analytischen Forschungsinfrastrukturen chemisch und strukturell charakterisiert werden, was die Gewinnung relevanter statistischer Informationen ermöglichen würde;
• Verbesserte Nutzung von minderwertigem Schrott durch neue Technologien und neue Verfahren der Eisen-/Stahlerzeugung (z. B. intelligente BF-BOF-Verfahren, die mit den Dekarbonisierungszielen in Einklang stehen) mit dem Ziel einer hohen Qualität des Endprodukts und geringerer CO₂-Emissionen. Ziel ist es, Schrottverunreinigungen (Begleitelemente) wie z. B. Kupfer vor dem Schmelzen zu entfernen, z. B. durch Schrottplatzmanagement und Chargenvorbereitung für die Qualitätsverbesserung, oder nach dem Schmelzen in der flüssigen Phase, z. B. durch metallurgische Verfahren;
• Technologien zur Erweiterung der Arten von Erzen, die in verschiedenen Verfahren verwendet werden. Ziel ist es, Verfahren zu entwickeln, die eine Aufwertung von minderwertigen Eisenerzen und anderen eisenhaltigen Materialien ermöglichen, so dass sie für die Kaltverfestigung, die Pelletierung oder die direkte Verwendung in bestehenden Stahlwerken geeignet sind, ohne darauf beschränkt zu sein.

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