Elektrische vlamboogoven: hoe schroot en waterstof de staalindustrie moeten vergroenen
Een elektrische vlamboogoven is een oven die staal maakt door een enorme elektrische stroom te laten overspringen tussen twee elektroden, net zoals een bliksemschicht. Die vlamboog wordt zo heet — tot boven de 3000 graden Celsius — dat oud ijzer en staalschroot erin smelt tot vloeibaar metaal. Uit die smelt giet je vervolgens nieuw staal, bijvoorbeeld voor auto's, bruggen of bouwstaal.
Het bijzondere is niet de oven zelf — die bestaat al meer dan een eeuw en staat in duizenden fabrieken — maar waarom hij nu plotseling in het nieuws opduikt. Staalbedrijven als Tata Steel in IJmuiden willen hun traditionele hoogovens, die op kolen draaien en veel CO2 uitstoten, vervangen door elektrische vlamboogovens. Vergelijk het met het inwisselen van een diesel-generator voor een stekkerauto: als de stroom die erin gaat groen is, wordt het eindproduct dat ook.
Wat is het precies?
Een elektrische vlamboogoven (in het Engels: Electric Arc Furnace, afgekort EAF) is in de kern simpel. In een grote, ronde stalen kuip — soms wel tien meter doorsnee — laat men drie dikke koolstofelektroden zakken tot net boven het schroot dat erin ligt. Zodra er stroom doorheen gaat, ontstaat een vlamboog: een felle, hete lichtboog die het metaal razendsnel doet smelten.
Dat smeltproces duurt doorgaans 40 tot 90 minuten per lading (een 'heat' genoemd) en kan honderd tot tweehonderd ton staal per keer opleveren. Na het smelten wordt de chemische samenstelling bijgestuurd: ongewenste stoffen worden verwijderd en legeringselementen zoals chroom of nikkel worden toegevoegd, afhankelijk van het gewenste staaltype.
Traditioneel gebruikt een EAF vooral schroot: oude auto's, sloopstaal, productieafval. Dat is al relatief schoon, omdat het ijzer al eerder is gereduceerd (ontdaan van zuurstof). Het nieuwe, spannende onderdeel is dat EAF's ook kunnen draaien op zogeheten DRI (Direct Reduced Iron, direct gereduceerd ijzer): ijzererts dat met waterstof in plaats van kolen is 'gereduceerd', waarbij waterdamp ontstaat in plaats van CO2. Die combinatie — waterstof-DRI plus elektrische vlamboogoven — is de route die de staalindustrie nu massaal probeert te ontwikkelen.
Wat wil men ermee bereiken?
De staalsector is wereldwijd verantwoordelijk voor ongeveer 7 tot 8 procent van alle CO2-uitstoot, vooral door de klassieke hoogoven-route waarbij kolen (in de vorm van cokes) worden gebruikt om ijzererts te reduceren. Per ton staal komt daarbij ruwweg 1,8 tot 2 ton CO2 vrij.
Een elektrische vlamboogoven op schroot stoot van zichzelf al veel minder CO2 uit, simpelweg omdat er geen kolen nodig zijn om ijzer te reduceren — het schroot is dat al. Combineer je de EAF met DRI gemaakt met groene waterstof en stroom uit wind of zon, dan kan de uitstoot met 90 procent of meer dalen ten opzichte van de hoogoven-route. Dat is de belofte van wat vaak 'groen staal' wordt genoemd.
Daarnaast spelen praktische motieven: EAF-installaties zijn compacter, kunnen sneller op- en afschakelen (handig bij wisselende stroomprijzen) en vragen minder zware, vervuilende infrastructuur dan een hoogoven, die eenmaal aangestoken jarenlang moet blijven doorbranden.
Voorbeelden uit de praktijk
Tata Steel, IJmuiden (Nederland). Tata Steel heeft plannen om twee van zijn hoogovens te vervangen door een DRI-installatie gekoppeld aan elektrische vlamboogovens. In 2023 sloot het bedrijf hierover een principeakkoord met de Nederlandse overheid over subsidie en voorwaarden. De daadwerkelijke bouw en ombouw is een proces van jaren; recentere berichtgeving laat zien dat tijdspaden en financieringsdetails nog volop in beweging zijn.
HYBRIT, Zweden. Het samenwerkingsverband van staalbedrijf SSAB, mijnbouwer LKAB en energiebedrijf Vattenfall bouwde in Luleå een pilotfabriek die vanaf 2020 met groene waterstof ijzer reduceerde. SSAB verkocht in 2021 al eerste testleveringen van 'fossielvrij' staal aan klanten als Volvo.
H2 Green Steel, Boden (Zweden). Dit nieuwe bedrijf bouwt een volledig nieuwe fabriek die waterstof, DRI en elektrische vlamboogovens combineert, specifiek ontworpen zonder de bagage van bestaande hoogoveninstallaties. Het project kende meerdere vertragingen ten opzichte van de oorspronkelijke planning, wat illustreert hoe lastig opschalen in de praktijk is.
SALCOS, Salzgitter (Duitsland). Staalbedrijf Salzgitter AG werkt sinds enkele jaren aan de omschakeling van hoogovens naar een waterstof-DRI-EAF-route, met Europese en Duitse overheidssteun, en plant gefaseerde ingebruikname in de tweede helft van dit decennium.
Thyssenkrupp, Duisburg (Duitsland). Ook dit grote Europese staalbedrijf bouwt aan een waterstof-DRI-installatie die ijzer moet leveren voor bestaande en nieuwe elektrische ovens, onderdeel van een bredere strategie om de Duitse staalindustrie te verduurzamen.
Hoe ver is de techniek?
De elektrische vlamboogoven zelf is volwassen technologie: wereldwijd wordt al ongeveer een kwart tot een derde van al het staal op deze manier gemaakt, vrijwel altijd op schroot. Daar is dus geen doorbraak meer voor nodig.
Het nieuwe en onzekere onderdeel is de combinatie met waterstof-DRI op grote schaal. Pilotinstallaties zoals HYBRIT hebben bewezen dat het technisch kan. Maar opschalen naar de omvang van een complete staalfabriek — miljoenen tonnen per jaar — brengt andere problemen met zich mee: er moet enorm veel groene waterstof en groene stroom beschikbaar zijn, tegen een prijs die staal niet onbetaalbaar duur maakt.
Meerdere aangekondigde projecten, waaronder H2 Green Steel en delen van Tata Steel's plannen, zijn vertraagd of financieel herzien. Belangrijke knelpunten zijn de hoge investeringskosten, de beperkte beschikbaarheid van betaalbare groene waterstof, onzekerheid over toekomstige CO2-beprijzing, en de vraag of er voldoende hoogwaardig ijzererts is dat geschikt is voor het DRI-proces. Kortom: de techniek werkt, maar de economische en logistieke puzzel errond is nog niet opgelost.
Wie werken eraan?
In Nederland is Tata Steel de centrale partij, in samenspraak met de Nederlandse overheid en toezichthouders. In Zweden trekken SSAB, LKAB, Vattenfall (HYBRIT) en het nieuwere H2 Green Steel de kar. In Duitsland zijn Salzgitter AG en Thyssenkrupp de belangrijkste spelers, vaak met steun van de Duitse en Europese overheid. Ook ArcelorMittal, het grootste staalbedrijf ter wereld, heeft in meerdere Europese landen (onder meer Spanje en Duitsland) vergelijkbare DRI-EAF-projecten aangekondigd.
Technologieleveranciers zoals het Italiaanse Danieli en het Amerikaanse Midrex Technologies leveren de ovens en reductie-installaties die deze staalbedrijven gebruiken. De Europese Unie ondersteunt veel van deze projecten financieel, onder meer via het Innovation Fund en nationale subsidieregelingen, omdat groen staal wordt gezien als cruciaal voor het halen van Europese klimaatdoelen.