Transformation

Die Transformation der Industrie und Landwirtschaft in Nordrhein-Westfalen (NRW) im Zeichen von Klimaschutz und Digitalisierung ist ein zentraler Bestandteil der Strategie des Landes, eine klimaneutrale Industrie bis zum Jahr 2045 zu erreichen. Als eines der wirtschaftsstärksten Bundesländer Deutschlands mit einer langen industriellen Tradition steht NRW vor der Herausforderung, seine Wirtschaft nachhaltig umzubauen. Hierbei nimmt das LANUK eine begleitende Rolle ein, indem es das Umweltministerium sowie die Genehmigungsbehörden in laufenden sowie bevorstehenden Verfahren fachlich berät. Zudem ist der Stand der Technik kontinuierlich entsprechend fortzuschreiben. Im Folgenden soll an Hand zweier Beispielbereiche die Transformation sowie die Einbindung des LANUK geschildert werden.

Stahlindustrie

Zur Vermeidung bzw. Reduzierung von klimarelevanten Emissionen ist ein Technikwechsel in der Stahlindustrie notwendig. Im Durschnitt werden aktuell pro Tonne Stahl etwa 1,6 t CO₂-Äquivalente emittiert. In der integrierten Hochofenroute erfolgt die Reduktion der Eisenerze durch den Einsatz von Hochofenkoks sowie Einblaskohle. Der fossile Kohlenstoff dient dabei sowohl als Brennstoff als auch als Reduktionsmittel. Im unteren Teil des Hochofens werden die Eisenträger aufgeschmolzen und es erfolgt eine Dichtetrennung zwischen Eisenschmelze und Schlacke, welche separat abgestochen werden. Produkt des Hochofens ist eine Schmelze an sogenanntem Roheisen, welches über einen Kohlenstoffgehalt von 4,5 % verfügt. Der Kohlenstoffgehalt muss daher in der anschließenden Weiterverarbeitung im Stahlwerk reduziert werden. Erst dort erhält der Stahl seine Eigenschaften.

Eine Möglichkeit zur Senkung der direkten Emissionen ist der Wechsel von der klassischen Hochofenroute hin zur Direktreduktionsanlage (DR‑Anlage). In der DR‑Anlage werden die Eisenträger direkt im festen Zustand reduziert. Als Reduktionsmittel wird in diesem Fall erhitztes Reduktionsgas eingesetzt. Das Reduktionsgas kann aus Erdgas hergestellt oder künftig auch Wasserstoff, der mit erneuerbaren Energien hergestellt wurde, sein. Der Ausgangsstoff des Reduktionsgases beeinflusst die Emissionen des über die Direktreduktion hergestellten Stahls sehr stark.

Bei der Direktreduktion wird aus den eingebrachten Eisenerzpellets ein hoch poröser Feststoff, der sogenannte Eisenschwamm, hergestellt. Der Vergleich zum Hochofen zeigt, dass die DR‑Anlage zunächst lediglich einen Teil der Vorgänge im Hochofen abbildet. Der Eisenschwamm muss in einem zweiten Schritt daher aufgeschmolzen werden. Dazu kann ein elektrischer Einschmelzer oder ein Elektrolichtbogenofen genutzt werden. Auch hier kann mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen gearbeitet werden. Das Einbringen von Kohlenstoff in das Roheisen wird aufgrund der nachstehenden Verfahrenskette sicher noch einige Zeit mithilfe von Einblaskohle oder Erdgas notwendig sein. Insgesamt ist festzuhalten, dass abhängig von den CO₂-Emissionen der Stromerzeugung die klimarelevanten Emissionen auf bis zu 339 kg pro Tonne Stahl reduziert werden können. Je nach verwendeter Schmelztechnik ist die Weiterverarbeitung im Stahlwerk notwendig.

Konkret werden solche Überlegungen am Standort Duisburg der thyssenkrupp Steel Europe (tkSE) umgesetzt. Die tkSE reichte im Jahr 2023 einen Genehmigungsantrag für eine Direktreduktionsanlage mit Einschmelzern ein – mit dem Ziel, statt wie bislang auf Kokskohle bei der Reduktion künftig auf Wasserstoff zu setzen und damit deutlich weniger Kohlendioxid auszustoßen. Das LANUK, das diesen Prozess begleitet und Berater der Bezirksregierung Düsseldorf ist, geht neue Wege, um das Antragsverfahren zu beschleunigen. Weil bei dieser Anlage eine neue Technik zum Einsatz kommt, setzte das LANUK bei diesem Genehmigungsverfahren erstmals auf Prüfungen von Vorab-Gefahrenanalysen vor Einreichung der Genehmigungsunterlagen. Dadurch ist es möglich früher auf Defizite hinzuweisen. tkSE kann diese dann beheben. Dadurch kann das Verfahren trotz neuer Technik zügig durchgeführt werden.

Auch in anderen Bundesländern mit Stahlstandorten werden diese aktuell transformiert. Zur Sicherstellung eines möglichst einheitlichen Vollzugs von Auflagen ist ein Austausch zwischen Behörden notwendig. Diesen Austausch unterstützte das LANUK mit seiner wissenschaftlichen Expertise.

Landwirtschaft

Die Landwirtschaft umfasst eine Vielzahl von Tätigkeiten, die mit der Erzeugung von Nahrungsmitteln, Rohstoffen und anderen landwirtschaftlichen Produkten verbunden sind. Ein bedeutender Teil der Landwirtschaft in Nordrhein-Westfalen ist die Tierhaltung. Tierhaltungsanlagen setzen verschiedene Stoffe frei, darunter Ammoniak, Gerüche und Staub. Diese Emissionen können die Umwelt und die Gesundheit der Menschen belasten. Daher wird im Rahmen von Genehmigungsverfahren geprüft, ob eine geplante Tierhaltungsanlage den gesetzlichen Anforderungen entspricht und deren negative Auswirkungen auf Umwelt, Gesundheit und Gesellschaft minimiert werden können.

In der aktuellen Diskussion über die Nutztierhaltung in Deutschland und deren künftige Entwicklung werden Maßnahmen zur Verbesserung des Tierschutzes und des Tierwohls gefordert. Dazu zählen insbesondere, dass den Tieren mehr Platz zur Verfügung steht und ihnen ein Außenklimakontakt durch eine entsprechende Stallkonstruktion oder den Zubau eines Auslaufs ermöglicht wird. Um diese Verbesserungen umzusetzen sind bauliche Veränderungen von Stallgebäuden notwendig, die in der Regel einer Genehmigung bedürfen. Hinsichtlich bestehender immissionsschutzrechtlicher Anforderungen ergibt sich dadurch in der Praxis ein Prüf- und Beurteilungsbedarf der auf Schwierigkeiten stößt. Ursächlich hierfür ist unter anderem, dass es zur Beurteilung des Emissionsverhaltens – im Rahmen der bau- oder immissionsschutzrechtlichen Genehmigung – für die meisten neuen tierwohlgerechten Haltungssysteme noch keine bundesweit einheitlichen Regelungen gibt. Die bisherigen Reglungen passen meist nur für die „klassischen“ Ställe, bei denen die Belüftung/der Luftaustausch im Stall technisch geregelt wird. Die Luft verlässt den Stall dabei über Abluftkanäle, die oft auf dem Dach oder an den Seitenwänden des Stalls installiert sind. Bei den Ställen, die den Tieren einen Außenklimakontakt durch eine entsprechende Stallkonstruktion oder den Zubau eines Auslaufs ermöglichen, ist dies aufgrund der natürlichen Belüftung nicht möglich. Daher verändert sich das Emissionsverhalten dieser Ställe im Vergleich zu den „klassischen“ Ställen.

Damit für aktuelle Stallbaumaßnahmen von Ställen mit einem Außenklima oder einem Auslauf bereits jetzt eine Beurteilung seitens der Genehmigungsbehörden vorgenommen werden kann, hat das LANUK in Zusammenarbeit mit Vertretern aus Genehmigungsbehörden und der Landwirtschaftskammer NRW in einem ersten Schritt die Vollzugshilfe „Emissionsfaktoren für Ammoniak bei alternativen Haltungsverfahren in der Mastschweinehaltung“ erarbeitet. Diese ist übergangsweise für den Vollzug in NRW bereitgestellt worden, bis die einschlägige VDI-Richtlinie bundeseinheitlich fortgeschrieben ist.