Weltweit ist die Europäische Union nach China der zweitgrößte Stahlproduzent, gefolgt von den Ländern des Nordamerikanischen Freihandelsabkommens (NAFTA), Japan und der Gemeinschaft Unabhängiger Staaten (GUS). In den letzten 50 Jahren hat die Produktionskapazität des Stahls, der mit Abstand einer der mengenmäßig bedeutendsten Werkstoffe ist, von 595 Millionen Tonnen (1970) auf 1952 Millionen Tonnen (2021) zugenommen. Die Stahlindustrie hat sich von einem Lieferanten von Rohstoffen zu einem Partner vieler Stahlverarbeiter und Anbieter von hochwertigen Produkten bis hin zu individuellen Komponenten entwickelt. [1] Die traditionellen Methoden der primären Stahlerzeugung hängen prozessbedingt von der Verwendung fossiler Brennstoffe ab und erzeugen daher unausweichlich erhebliche Mengen an CO2. Weltweit gesehen, beträgt der von der Stahlindustrie verursachte CO2 Emissionsanteil etwa 7% und auf europäischer Ebene 5%. Es besteht daher die Notwendigkeit alternative grüne und somit umweltfreundliche Prozesstechnologien zu entwickeln, um den fortschreitenden Klimawandel entgegenzuwirken. [2] Die Wasserstoffplasma Schmelzreduktion (HPSR) ist einer der vielversprechendsten Technologien eine klimaneutrale primäre Stahlproduktion zu verwirklichen. Während die meisten Reduktionstechnologien für die Roheisenerzeugung auf Kohlenstoff als Energieträger und Reduktionsmittel basieren, stützt sich das HPSR-Verfahren auf elektrische Energie in Kombination mit Wasserstoff, um CO2-freien grünen schmelzflüssigen Stahl sowie Wasserdampf als Nebenprodukt zu erzeugen. Derzeit befindet sich das HPSR-Verfahren auf dem Technology Readiness Level (TRL) 5, was bedeutet, dass es in einem industriell relevanten Umfeld validiert wurde. Der Plasmareaktor im Demonstrationsmaßstab ist in der Lage, 200 kg Eisenerz zu verarbeiten, und weitere Schritte zur Maßstabsvergrößerung erfordern solidere Forschungsergebnisse in Bezug auf kinetische metallurgische Reaktionen, Lichtbogenleistung und Plasmacharakterisierung. Diese kummulative Arbeit behandelt die bisher erarbeiteten Forschungsergebnisse seitens der Montanuniversität Leoben und anderer Forschungsgruppen. Des Weiteren wird auf den Einfluss der kontinuierlichen Chargierung durch die Hohlelektrode sowie die Nutzung von vorreduziertem Material eingegangen. Ein weiteres Themengebiet umfasst die Lichtbogenstabilität und deren Abhängigkeit der Kathodenspitze sowie die Charakterisierung der Plasmaspezies mittels optische Spektrometrie. Auf Basis verschiedener Versuchsreihen zeigte sich, dass sich die kontinuierliche Beschickung positiv auf die Reduktionsrate und den Wasserstoffausnutzungsgrad auswirkt und dass die Geometrie der Elektrodenspitze einen wesentlich größeren Einfluss auf die Lichtbogenstabilität hat als die Graphitqualität. Experimente mit vorreduzierten Eisenerzen und Nebenstrommaterialien zeigten ein inkonsistentes Verhalten in den ersten Stadien der Reduktion. Die Mikrostrukturanalysen der erhaltenen Proben zeigten jedoch nahezu identische Ergebnisse. OES-Messungen ergaben Informationen über Plasmafarben, Einflüsse von Prozessparametern auf die Elektronendichte, Informationen über Schlackenbildner und eine Methodik zur Bewertung der Lichtbogenstabilität oder -position.