Die Verpflichtung zur Begrenzung der globalen Erderwärmung auf maximal zwei Grad Celsius erfordert eine deutliche Reduzierung der Treibhausgasemissionen in allen Sektoren. Die Stahlindustrie ist dabei für ca. 7 % der weltweiten Treibhausgasemissionen des Energiesystems verantwortlich. Daher wurden mehrere Projekte zur Minimierung der Treibhausgasemissionen in der Stahlerzeugung initiiert.
Die derzeit vorherrschende Technologie für die Primärstahlerzeugung ist die kohlenstoffbasierte Hochofen-Konverter-Route (BF-BOF). Kurz- und mittelfristig bieten unter anderem Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) eine Möglichkeit, die Emission von Treibhausgasen aus diesen Produktionsprozessen in die Atmosphäre zu verringern. Langfristig gilt insbesondere die wasserstoffbasierte Direktreduktion (H-DR) als vielversprechende Lösung zur nahezu vollständigen Vermeidung von Treibhausgasemissionen. Neben den ökologischen Vorteilen dieser Technologie müssen jedoch auch ökonomische Aufwendungen berücksichtigt werden, die zu einem Anstieg der spezifischen Kosten der Stahlherstellung führen. Zudem erschwert ein unsicheres regulatorisches Umfeld die langfristige Entscheidungsfindung. Dies erfordert es, strategische Entscheidungen in Hinblick auf die Gestaltung des Transformationspfads zu einer CO2-armen Stahlherstellung durch quantitative techno-ökonomische Planungsansätze zu unterstützen.
Im Rahmen einer Bachelor- oder Studienarbeit ist ein bestehendes Modell zur Kapazitätsreduktionsplanung in Produktionsnetzwerken zu erweitern. Neben bereits einbezogenen Entscheidungen zur Reduktion und Modifikation von Produktionskapazitäten sollen zusätzliche Entscheidungen zur Kapazitätsexpansionsplanung ergänzt werden. Dies ermöglicht es, parallel zur Gestaltung des Rückbaus der Hochofen-Konverter-Route eine Gestaltung des Hochlaufs der Produktionskapazitäten zur CO2-armen Stahlherstellung vorzunehmen. Die Zielstellung besteht somit in einer Gestaltung der Transformation von Produktionsnetzwerken zur Stahlherstellung von der konventionellen Hochofen-Konverter-Route zur wasserstoffbasierten Direktreduktionsroute unter Berücksichtigung von Brückentechnologien (z.B. CCS).
Für die Anfertigung einer Bachelor- oder Studienarbeit zu dieser Thematik sind Kenntnisse der mathematischen Optimierung (Vorlesung Operations Management) sowie Kenntnisse zu Softwarelösungen zur Implementierung von Optimierungsmodellen hilfreich (Python, AIMMS, Gurobi, …).
Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Yannik Graupner.