Elektrische boogoven versus hoogoven: CO2-uitstoot, kosten en de toekomst van staal

Definitie van de elektrische boogoven versus de hoogoven
Een hoogoven (BF) gebruikt ijzererts en cokes om vloeibaar ijzer te produceren, dat vervolgens in een basiszuurstofoven (BOF) tot staal wordt verwerkt. Een elektrische boogoven (EAF) gebruikt hoogspannings-elektroden om staalschroot om te smelten tot vloeibaar staal. De hoogovenroute stoot ongeveer 2,33 ton CO2 uit per ton staal; de elektrische boogovenroute stoot ongeveer 0,77 ton uit. De wereldwijde staalproductie bestaat voor ongeveer 70% uit BF-BOF en voor 30% uit EAF, maar deze balans verschuift naarmate de druk op decarbonisatie toeneemt.

---

Inhoudsopgave

1. De hoogovenroute: van ijzererts naar staal
2. De EAF-route: van schroot naar staal
3. Vergelijking van CO2-emissies
4. Kostenvergelijking: kapitaal- en operationele kosten
5. Wat een EAF niet kan maken: beperkingen in staalkwaliteit
6. Wereldwijd aandeel: waarom de 70/30-verdeling bestaat
7. Groene waterstof-DRI: de derde route
8. Wat dit betekent voor de grondstoffenhandel
9. Veelgestelde vragen
10. Belangrijkste conclusies

---

De hoogovenroute: van ijzererts naar staal

De hoogoven is al meer dan 150 jaar de dominante technologie voor staalproductie. Het is een enorm, continu proces dat 24 uur per dag draait, en dat tot 20 jaar lang tussen grote revisies door.

IJzererts — doorgaans ijzerertspellets of sinter (een gebakken agglomeratie van fijn erts) met een ijzergehalte van 62-65% Fe — wordt aan de bovenkant van de hoogoven ingebracht, samen met cokes (een poreus koolstofmateriaal geproduceerd door cokeskool in ovens zonder zuurstof te bakken) en kalksteen (een vloeimiddel dat onzuiverheden verwijdert).

Hete lucht (soms verrijkt met zuurstof) wordt aan de onderkant via mondstukken, de zogenaamde tuyeres, naar binnen geblazen. De cokes verbrandt en genereert temperaturen van meer dan 1.500°C. Koolmonoxide van de brandende cokes reduceert het ijzeroxide in het erts tot vloeibaar ijzer. Kalksteen reageert met onzuiverheden (silica, alumina) om slak te vormen — een lichtere vloeistof die op het ijzer drijft en apart wordt afgetapt.

Het vloeibare ijzer — ook wel ruwijzer of hot metal genoemd — wordt aan de onderkant van de oven afgetapt in torpedowagens en getransporteerd naar de basiszuurstofoven (BOF). In de BOF wordt pure zuurstof met hoge snelheid door het vloeibare ijzer geblazen. Dit verbrandt snel het overtollige koolstof en andere onzuiverheden (in ongeveer 20 minuten), waardoor ruwijzer wordt omgezet in vloeibaar staal.

Het staal wordt vervolgens gegoten in plakken, knuppels of blokken voor verdere walsing en fabricage.

Een enkele grote hoogoven kan 10.000-12.000 ton vloeibaar ijzer per dag produceren. Grote geïntegreerde staalfabrieken (hoogoven + BOF) zijn onder andere de fabrieken van ArcelorMittal in België en Duitsland, de Tata Steel-fabriek in Port Talbot (VK), en de enorme faciliteiten van POSCO en NSSMC in Zuid-Korea en Japan.

---

De EAF-route: van schroot naar staal

Een elektrische boogoven (EAF) is fundamenteel eenvoudiger dan een hoogoven. Het is in essentie een grote bak die is bekleed met vuurvaste stenen en voorzien is van drie grote grafietelektroden. Wanneer hoogspanning door de elektroden gaat, slaan er elektrische bogen over tussen de elektroden en de metallische lading — de temperaturen nabij de boog overschrijden de 3.500°C.

Het primaire ladingsmateriaal is staalschroot — gesneden, versnipperd en gesorteerd op type:

• Heavy melt scrap (HMS 1&2): Groot constructiestaal, gesloopte industriële apparatuur
• Shredded scrap: Versnipperde auto’s en witgoed
• Prompt industrial scrap: Nieuw schroot van stansprocessen, snijafval uit de bouw
• Direct reduced iron (DRI) / hot briquetted iron (HBI): Gebruikt om ongewenste elementen te verdunnen (zie het gedeelte over beperkingen hieronder)

Schroot wordt in de oven geladen (“charged”), de elektroden worden verlaagd en de boog verhit en smelt het materiaal in 40-60 minuten. Zuurstof wordt geïnjecteerd om koolstof en onzuiverheden te verbranden. Kalk wordt toegevoegd om slak te vormen. Legeringen (mangaan, silicium, chroom) worden toegevoegd om de gewenste staalsamenstelling te bereiken.

Het resultaat is vloeibaar staal dat in een pan wordt afgetapt en verder wordt verwerkt in een panoven voor temperatuur- en chemische aanpassing vóór het continu gieten.

EAF’s zijn kleiner en flexibeler dan hoogovens. Een typische EAF produceert 200-400 ton staal per smeltcyclus, met meerdere cycli per dag. EAF-fabrieken kunnen worden stilgelegd tijdens periodes met hoge elektriciteitsprijzen en vervolgens weer worden opgestart — iets wat onmogelijk is bij een continu draaiende hoogoven.

---

Vergelijking van CO2-emissies

Dit is waar de twee routes het meest drastisch uiteenlopen.

Route	CO2-intensiteit	Bronnen van emissies
BF-BOF (geïntegreerd)	~2,33 t CO2 per ton staal	Verbranding van cokes, reductie van ijzererts, energiegebruik
EAF (schrootgebaseerd)	~0,77 t CO2 per ton staal	Elektriciteitsopwekking (net), elektrodenverbruik, vloeimiddelen
DRI-EAF (gasgebaseerd)	~1,0-1,4 t CO2 per ton staal	Aardgas voor DRI-reductie, elektriciteit
H2-DRI-EAF (groene waterstof)	<0,1 t CO2 per ton staal	Alleen hernieuwbare elektriciteit

De BF-BOF-route stoot volgens gegevens van de World Steel Association ongeveer 2,33 ton CO2 uit per ton ruw staal. Het overgrote deel van deze emissies is afkomstig van cokes — koolstof is chemisch noodzakelijk in het hoogovenproces als zowel brandstof als reductiemiddel. Je kunt geen steenkool uit een hoogoven halen en nog steeds ijzer produceren.

De EAF-route stoot ongeveer 0,77 ton CO2 uit per ton staal, voornamelijk door de elektriciteit die nodig is voor de boog. Dit getal hangt cruciaal af van de koolstofintensiteit van het elektriciteitsnet. Een EAF die op 100% hernieuwbare elektriciteit draait, stoot bijna nul directe CO2 uit. Een EAF die draait op elektriciteit uit kolen stoot meer uit.

In de EU-context betekent de EU ETS-koolstofbeprijzing (momenteel €50-70 per ton CO2) dat geïntegreerde BF-BOF-staalproductie nu een ingebouwde koolstofkostenpost van ongeveer €115-165 per ton staal met zich meebrengt. Dit is een aanzienlijk competitief nadeel ten opzichte van EAF-producenten of import uit landen zonder koolstofbeprijzing — wat precies de reden is waarom de EU CBAM (Carbon Border Adjustment Mechanism) werd ontworpen.

---

Kostenvergelijking: kapitaal- en operationele kosten

De twee routes hebben tegengestelde kostenstructuren.

Kapitaalkosten (bouw van de fabriek):

Route	Typische kapitaalkosten	Opmerkingen
Geïntegreerde BF-BOF (nieuwbouw, 3-4 Mtpa)	$2-4 miljard	Inclusief hoogoven, cokesovens, BOF, walserijen
EAF mini-mill (nieuwbouw, 1-2 Mtpa)	$300-600 miljoen	Veel lager per ton capaciteit

Een hoogoven vereist een volledig geïntegreerd complex: cokesfabriek, sinterfabriek, hoogoven, warmbandwalserij of plaatwalserij en alle bijbehorende infrastructuur. De kapitaalkosten per ton jaarcapaciteit bedragen $600-$1.000 per ton.

Een EAF mini-mill kan worden gebouwd voor $300-400 per ton jaarcapaciteit. Dit is de reden waarom EAF-technologie “mini-mills” mogelijk heeft gemaakt — bedrijven als Nucor, Steel Dynamics en Commercial Metals in de VS — om regionale staalfabrieken te bouwen tegen veel lagere kosten dan geïntegreerde staalfabrieken.

Operationele kosten:

BF-BOF-fabrieken hebben hoge grondstofkosten (ijzererts + cokes), maar relatief voorspelbare unit-economie zodra de oven draait. Cokes vertegenwoordigt doorgaans 30-40% van de BF-BOF-operationele kosten. De hoogoven kan niet goedkoop worden stilgelegd en weer opgestart — hij draait continu of helemaal niet.

EAF-fabrieken hebben lagere grondstofkosten (schroot is goedkoper dan maagdelijk ijzer per ton bevat ijzer), maar zijn zeer gevoelig voor elektriciteitsprijzen. Elektriciteit kan 25-35% van de EAF-operationele kosten uitmaken. Wanneer de elektriciteitsprijzen stijgen — zoals in Europa in 2022 — absorberen EAF-fabrieken de kosten of verminderen ze de productie. Verschillende Europese EAF-staalproducenten hebben in 2022 de productie ingekrompen, juist omdat de elektriciteitsprijzen de staalproductie oneconomisch maakten.

EAF biedt ook operationele flexibiliteit: fabrieken kunnen tijdens periodes met hoge elektriciteitsprijzen worden stilgelegd en weer worden opgestart. Dit is een zinvol voordeel in elektriciteitsmarkten met een hoge prijsvolatiliteit.

---

Wat een EAF niet kan maken: beperkingen in staalkwaliteit

De EAF-route heeft een fundamentele metallurgische beperking: verontreiniging door ongewenste elementen (tramp elements) uit schroot.

Staalschroot is geen puur ijzer. Het bevat restlegeringselementen uit de samenstelling van het oorspronkelijke staal: koper, tin, nikkel, molybdeen, chroom. Deze elementen overleven het smeltproces en kunnen niet door oxidatie worden verwijderd (in tegenstelling tot koolstof, silicium en zwavel, die kunnen worden verbrand). Ze hopen zich op in de smelt.

De belangrijkste boosdoener is koper. Koper in staal boven bepaalde drempelwaarden (meestal 0,1-0,2%) vermindert de vervormbaarheid bij warmte — het staaloppervlak scheurt tijdens het warmwalsen. Dit wordt hot shortness genoemd. Voor commodity-staalkwaliteiten (betonstaal, profielen, walsdraad) zijn de kopertoleranties ruim en werkt EAF-productie op basis van schroot goed. Voor vlakstaal-producten zoals autocarrosseriepanelen, elektrostaal en vertind verpakkingsstaal moet het kopergehalte zeer laag zijn — vaak onder de 0,04%.

Er bestaat geen economisch praktische methode om koper uit vloeibaar staal te verwijderen zodra het in de smelt zit. De enige oplossing is verdunning — het toevoegen van maagdelijke ijzerbronnen (ruwijzer, DRI of HBI) die kopervrij zijn. EAF-fabrieken die kwaliteitsvlakstaal produceren (zoals de plaatwalserij van Nucor in Crawfordsville) doen precies dit: ze mengen aangekocht ruwijzer of DRI met schroot.

Het praktische gevolg: de markten voor autostaal, elektrostaal en hoogwaardig koudgewalst vlakstaal worden grotendeels bediend door geïntegreerde BF-BOF-producenten omdat zij maagdelijk erts gebruiken zonder besmetting door ongewenste elementen. EAF blinkt uit in langproducten (betonstaal, profielen, walsdraad) en vlakke producten van lagere kwaliteit.

Deze beperking zal steeds belangrijker worden naarmate de schrootrecyclingpercentages stijgen en de schrootkwaliteit verder achteruitgaat door opgehoopte ongewenste elementen.

---

Wereldwijd aandeel: waarom de 70/30-verdeling bestaat

De wereldwijde ruwstaalproductie bedraagt ongeveer 1.900 miljoen ton per jaar (gegevens uit 2023). De verdeling:

• BF-BOF: ongeveer 70% (~1.330 miljoen ton)
• EAF: ongeveer 29% (~550 miljoen ton)
• Overig (Siemens-Martin, inductieovens): ~1%

De reden voor de dominantie van BF-BOF is China. China produceert meer dan 50% van het staal in de wereld — ongeveer 1.000 miljoen ton per jaar — en ongeveer 90% van de Chinese productie gebruikt de BF-BOF-route. China heeft de afgelopen 30 jaar een enorme basis van geïntegreerde staalfabrieken gebouwd en het schrootaanbod is beperkt gebleven door de relatief jonge industriële voorraad van China (de meeste infrastructuur en gebouwen zijn onlangs gebouwd en hebben nog niet het einde van hun levensduur bereikt).

Buiten China is het EAF-aandeel veel hoger:
– Verenigde Staten: ~70% EAF, 30% BF-BOF. Nucor, Steel Dynamics en Commercial Metals zijn grote EAF-producenten.
– EU: ~40% EAF (varieert per land — Italië bijna 70% EAF; Duitsland nog steeds BF-zwaar vanwege de vraag vanuit de automobielsector)
– Turkije: ~70% EAF (grote schrootimporteur die mediterrane schrootstromen gebruikt)

Naarmate de industriële basis van China veroudert en de beschikbaarheid van schroot toeneemt, wordt verwacht dat het EAF-aandeel van China tegen 2035 zal stijgen van ~10% naar 20-25%, een aanzienlijke verschuiving in de dynamiek van de wereldmarkt.

---

Groene waterstof-DRI: de derde route

De belangrijkste ontwikkeling in de staalproductietechnologie voor het komende decennium is waterstofgebaseerde directe reductie van ijzer (H2-DRI), gecombineerd met EAF-staalproductie.

Direct Reduced Iron (DRI) is ijzer dat wordt geproduceerd door ijzerertspellets te reduceren met een reducerend gas (traditioneel aardgas — voornamelijk methaan) bij temperaturen onder het smeltpunt (~800-1.100°C). Het erts blijft vast, maar wordt chemisch gereduceerd van ijzeroxide naar metallisch ijzer. Het resultaat is een sponsachtig metallisch materiaal dat als schrootvervanger direct in een EAF kan worden gevoerd.

Het conventionele DRI-proces (met aardgas) produceert ongeveer 1,0-1,4 ton CO2 per ton DRI — beter dan de hoogoven, maar niet koolstofvrij.

De doorbraak is het vervangen van aardgas door groene waterstof — waterstof geproduceerd door elektrolyse van water met behulp van hernieuwbare elektriciteit. Wanneer waterstof ijzererts reduceert, is het enige bijproduct water (H₂O), geen CO2. Gecombineerd met EAF-staalproductie op hernieuwbare energie, kan de volledige H2-DRI-EAF-route staal produceren met minder dan 0,1 ton CO2 per ton — een reductie van ~95% ten opzichte van BF-BOF.

Twee grote projecten leiden deze technologie:

HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology): Een joint venture tussen SSAB (Zweden), LKAB (de grootste ijzerertsproducent van Zweden) en Vattenfall (Zweeds energiebedrijf). HYBRIT produceerde in 2021 het eerste waterstof-gereduceerde staal ter wereld dat aan een klant (Volvo AB) werd geleverd. Commerciële productie is gepland voor de SSAB-fabriek in Luleå tegen 2026-2030.

H2 Green Steel (nu Stegra): Een nieuwe groene faciliteit in aanbouw in Boden, Zweden. Gericht op 5 miljoen ton groen staal per jaar tegen 2030, aangedreven door Zweedse waterkracht en windenergie en gebruikmakend van H2-DRI-EAF-technologie.

Andere bedrijven die soortgelijke routes volgen zijn onder meer ArcelorMittal (DRI-fabrieken op basis van MIDREX met waterstofovergang), thyssenkrupp (tkH2Steel-project in Duisburg) en Salzgitter (SALCOS-programma).

De commerciële uitdaging: groene waterstof kost momenteel $4-8/kg, tegenover aardgas tegen een energie-equivalent van $1-2/kg. Groen staal geproduceerd via H2-DRI brengt een kostenpremie met zich mee van $100-300/ton ten opzichte van conventioneel BF-BOF-staal. Of die premie via “groene premies” aan kopers kan worden doorberekend of via koolstofbeprijzing kan worden geabsorbeerd, is de centrale commerciële vraag van de decarbonisatie van de staalindustrie.

---

Wat dit betekent voor de grondstoffenhandel

De EAF/BF-BOF-verdeling heeft directe gevolgen voor de grondstoffenstromen die elke route ondersteunen.

BF-BOF-eisen: IJzererts (verscheept uit Australië, Brazilië) en cokes (verscheept uit Australië, VS, Canada, Rusland). Dit zijn twee van de grootste dry bulk-zeetransporten ter wereld. Een verschuiving weg van BF-BOF vermindert direct de vraag naar cokes en hoogwaardige ijzerertspellets — een langdurige tegenwind voor die grondstoffenmarkten.

EAF-eisen: Elektriciteit en staalschroot. De wereldwijde schroothandel is aanzienlijk — Turkije is ‘s werelds grootste importeur van staalschroot, met aanvoer uit de VS, EU en het VK. De stijgende EAF-productie wereldwijd betekent een stijgende schrootvraag, wat de schrootprijzen opdrijft en de inkoop van schroot competitiever maakt.

H2-DRI-eisen: Hoogwaardige ijzerertspellets (DRI vereist een hoger ijzergehalte — 67%+ Fe — dan standaard BF-BOF-hoogovenerts). Dit creëert een premiummarkt voor hoogwaardige ijzerertspellets van LKAB (Zweden), CVRD/Vale (Brazilië) en Bahrain Steel. De H2-DRI-overgang is bullish voor hoogwaardig ijzererts en bearish voor middelwaardig hoogovenerts.

---

Veelgestelde vragen

Wat is goedkoper in gebruik, een hoogoven of een EAF?

Het hangt af van de kosten van grondstoffen op elke locatie. Waar schroot goedkoop is en elektriciteit betaalbaar, is EAF goedkoper in gebruik. Waar schroot schaars is en elektriciteit duur, heeft BF-BOF het voordeel. EAF mini-mills in de VS hebben consistent lagere kosten dan Amerikaanse geïntegreerde BF-BOF-producenten omdat Amerikaans schroot overvloedig en relatief goedkoop is. Europese EAF-producenten kwamen in 2022 in de knel toen de elektriciteitsprijzen stegen door de gascrisis.

Kan een elektrische boogoven autostaal maken?

Sommige kunnen dat, met belangrijke kanttekeningen. Hoogwaardig vlakstaal voor automobieltoepassingen vereist zeer lage kopergehaltes (onder 0,04%) om hot shortness tijdens het walsen te voorkomen. EAF-fabrieken die staal van autokwaliteit produceren, moeten schroot verdunnen met kopervrije maagdelijke ijzerbronnen — ruwijzer, DRI of HBI. De Gallatin- en Crawfordsville-plaatwalserijen van Nucor doen precies dit. Maar het kwaliteitsplafond voor EAF-vlakstaal is lager dan voor geïntegreerde BF-BOF-fabrieken zonder aanzienlijke DRI-toevoeging.

Wat is groen staal en hoeveel duurder is het?

Groen staal is staal dat geproduceerd wordt met aanzienlijk lagere CO2-emissies dan conventionele staalproductie — meestal gedefinieerd als onder de 0,5 ton CO2 per ton staal. Het belangrijkste pad is H2-DRI-EAF met gebruik van groene waterstof op basis van hernieuwbare energie. Huidig groen staal brengt een kostenpremie met zich mee van $100-300/ton ten opzichte van conventioneel staal, afhankelijk van de kosten van groene waterstof. Naarmate de kosten voor hernieuwbare energie dalen, wordt verwacht dat deze premie zal afnemen.

Waarom domineert China de BF-BOF-route?

China bouwde de afgelopen 30 jaar het grootste deel van zijn staalcapaciteit met BF-BOF-technologie omdat dit de goedkoopste manier was om de productie snel op te schalen, omdat cokes beschikbaar was en omdat schroot schaars was in een snel industrialiserende economie. China produceert meer dan 1 miljard ton staal per jaar, ~90% via BF-BOF. Naarmate de industriële basis van China veroudert en de beschikbaarheid van schroot toeneemt, stijgt het EAF-aandeel geleidelijk vanaf de huidige ~10%.

Wat is HYBRIT en waarom is het belangrijk?

HYBRIT is een joint venture tussen SSAB, LKAB en Vattenfall gericht op het produceren van fossielvrij staal met behulp van waterstof-directe reductie. In 2021 leverde het ‘s werelds eerste fossielvrije staal — geproduceerd zonder cokes of aardgas — aan Volvo AB. HYBRIT is belangrijk omdat het aantoont dat de H2-DRI-EAF-route commercieel kan werken. Indien opgeschaald, zou het ongeveer 2,33 ton CO2 per ton staal in de hele BF-BOF-industrie kunnen elimineren.

---

Belangrijkste conclusies

• De hoogoven-BOF-route (BF-BOF) gebruikt ijzererts en cokes; de elektrische boogoven (EAF) gebruikt staalschroot en elektriciteit. Dit zijn fundamenteel verschillende grondstofketens.
• BF-BOF stoot ongeveer 2,33 ton CO2 uit per ton staal; EAF stoot ongeveer 0,77 ton uit — een reductie van 67%.
• EAF heeft veel lagere kapitaalkosten dan BF-BOF (~$300-400 per ton capaciteit versus $600-1.000) en meer operationele flexibiliteit, maar is gevoelig voor elektriciteitsprijzen.
• EAF kan niet gemakkelijk hoogzuivere vlakstaalkwaliteiten voor automobieltoepassingen produceren zonder maagdelijke ijzerbronnen toe te voegen om ongewenste elementen — met name koper — te verdunnen die zich ophopen uit schroot.
• De wereldwijde staalproductie bestaat voor ongeveer 70% uit BF-BOF en 30% uit EAF; het EAF-aandeel stijgt naarmate de beschikbaarheid van schroot groeit en de druk op decarbonisatie toeneemt.
• De EU ETS-koolstofprijs (~€50-70/ton CO2) voegt €115-165/ton ingebedde koolstofkosten toe aan BF-BOF-staal, wat concurrentiedruk creëert waar EAF en import zonder koolstofbeprijzing niet gelijkelijk mee worden geconfronteerd.
• Groene waterstof-DRI (H2-DRI-EAF) is de staalproductieroute met de laagste CO2-uitstoot, waardoor CO2 tot 95% wordt verminderd ten opzichte van BF-BOF; HYBRIT en Stegra in Zweden zijn de toonaangevende commerciële projecten.
• De verschuiving van BF-BOF naar EAF/DRI-EAF is op lange termijn bearish voor cokes en standaard ijzererts, en bullish voor hoogwaardige ijzerertspellets en staalschroot.

Gerelateerde Lectuur

Om de onderwerpen in dit artikel verder te verkennen, bekijk deze gerelateerde gidsen: the full ferrous chain from iron ore to finished steel, the scrap grades and pricing mechanisms that feed electric furnaces en how carbon pricing policies affect the cost gap between the two routes.