Auf der UN Klimakonferenz in Paris im Dezember 2015 wurde das Ziel formuliert, die globale Erwärmung auf deutlich unter zwei Grad, möglichst sogar auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen. Dazu muss der globale Ausstoß von Treibhausgasen wie CO2 reduziert werden. Ein bislang wenig diskutiertes, aber hohes CO2-Einsparpotential bieten energieintensive Industrien wie die Zementherstellung. Im Rahmen des EU Projektes „CEMCAP“ untersucht das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) der Universität Stuttgart gemeinsam mit einem internationalen Konsortium aus insgesamt 15 Partnern in sieben europäischen Ländern die Anwendung von Abscheide- und Speichertechnologien, die den CO2-Ausstoß in der Zementindustrie eindämmen sollen. Der Anteil der Zementindustrie an den weltweiten CO2-Emissionen liegt bei etwa 6 Prozent und bietet daher ein hohes CO2-Einsparpotential. Für Deutschland liegt dieses bei etwa 17 Mio. Tonnen pro Jahr. Die Entstehung von CO2 lässt sich bei der Zementproduktion nicht vermeiden. Nur etwa ein Drittel der CO2-Emissionen entfällt dabei auf die Energiebereitstellung aus meist fossilen Brennstoffen, etwa für die energieintensive Kalzinierung oder um ausreichend hohe Temperaturen für die Zement-klinkerproduktion zu gewährleisten. Der weitaus größere Teil, nämlich zwei Drittel der Emissionen sind darauf zurückzuführen, dass beim Brennen (Kalzinieren) des kalksteinhaltigen Zementrohmehls das im Ausgangsmaterial mineralisch gebundene CO2 freigesetzt wird. Aus diesem Grund reicht es für die Reduktion der CO2-Intensität des Zementprozesses nicht aus, die Energieeffizienz zu steigern oder fossile durch erneuerbare Energien zu ersetzen. Besser geeignet sind insbesondere sogenannte CCS (Carbon Capture and Storage) Technologien: Mit Hilfe solcher Technologien wird das bei der Zementproduktion entstehende CO2 abgeschieden und kann dann beispielsweise als Rohstoff für die chemische Industrie verwendet werden.
Oxy-Fuel- und Calcium-Looping-Verfahren werden untersucht
Am IFK werden zwei dieser CO2-Abscheidetechnologien im Pilotmaßstab untersucht: Bei der Anwendung der Oxy-Fuel-Technologie für den Zementprozess wird dieser statt mit Luft mit reinem Sauerstoff betrieben. Dabei entsteht ein möglichst CO2-reiches Abgas, das nicht durch Luft-Stickstoff verdünnt ist und sich nun verflüssigen und speichern lässt. Die Untersuchungen am IFK sollen zum einen klären, welchen Einfluss die durch die Oxy-Fuel-Verbrennung veränderte Gasatmosphäre auf den Zementprozess hat. Zum zweiten untersuchen die Wissenschaftler, wie die verschiedenen Komponenten des Zementprozesses (z.B.: Brenner) angepasst werden müssen, um negative Auswirkungen auf die Zementproduktion zu vermeiden. Neben dem Oxy-Fuel-Verfahren wird am IFK auch die CO2-Abscheidung aus dem Zementabgas mit Hilfe des Calcium-Looping-Verfahrens erprobt und optimiert. Das Calcium-Looping-Verfahren basiert auf der Einbindung von CO2 mit Hilfe von natürlich vorkommendem Kalkstein. Der Kalkstein (Calciumkarbonat, CaCO3) wird in einem ersten Reaktor gebrannt, wobei ein CO2-reiches Gas entsteht, das sich für die Verflüssigung und Speicherung eignet. Der dabei erzeugte gebrannte Kalk (Calciumoxid, CaO) kann nun in einem zweiten Reaktor wieder CO2 aus dem Abgas des Zementprozesses einbinden. Dabei entsteht wiederum Kalkstein (CaCO3). Dieser Kalkstein wird zurück in den ersten Reaktor geführt, wo das zuvor eingebundene CO2 beim erneuten Brennen wieder freigesetzt wird. Da Kalkstein in der Natur in großer Menge vorkommt, der abgenutzte Kalkstein des Calcium-Looping-Prozess zu Zement weiterverarbeitet werden kann und dieses Verfahren zur CO2-Abtrennung zudem besonders effizient ist, gilt der Calcium-Looping-Prozess als vielversprechende CO2-Abscheidetechnologie für die Zementproduktion. Durch den Einsatz des Oxy-Fuel- beziehungsweise des Calcium-Looping-Verfahrens lassen sich mehr als 90% der CO2-Emissionen aus der Zementproduktion vermeiden. Bei Verwendung biogener Brennstoffe in einem mit solcher Technologie ausgestatteten Zementwerk ist es sogar möglich der Atmosphäre aktiv CO2 zu entziehen, da das beim Wachstum der Biobrennstoffe aus der Luft aufgenommene CO2 nicht mehr in die Umwelt freigesetzt wird. Quelle: idw
