Um die globale Erwärmung zu begrenzen, muss der weltweite Ausstoß von CO2 sinken. Dieses gemeinsame Ziel haben die Vereinten Nationen im Pariser Klimaabkommen formuliert. Das hat Auswirkungen auf die industrielle Produktion. Energieintensive Branchen wie die Zementindustrie arbeiten an der Dekarbonisierung ihrer Prozesse. Es braucht unter anderem Ersatz für fossile Brennstoffe. Nachhaltiger Zement ist das Ziel. Um die Ökobilanz bei der Herstellung zu verbessern, gibt es mehrere Möglichkeiten.
Warum muss die Herstellung von Zement nachhaltiger werden?
Bei der Herstellung von Zement entsteht etwa 8 Prozent des weltweiten Ausstoßes von CO2. Damit die Vorgaben des Pariser Klimaabkommens erfüllt werden, müsste dieser Wert bis zum Jahr 2030 um mindestens 30 Prozent sinken. Hauptverantwortlich sind chemische Prozesse bei der Kalzinierung, die rund 50 Prozent der Emissionen ausmachen. Auf das Brennen entfallen circa 35 Prozent. Die restlichen 15 Prozent verteilen sich auf die übrigen Schritte des Prozesses inklusive Logistik. In der Herstellung von Zement lassen sich die Emissionen nur durch Prozessoptimierungen und den Einsatz von Zusatzstoffen reduzieren. Inzwischen definieren immer mehr Länder Ziele für mehr Klimaschutz. Beim Verfehlen der Vorgaben drohen finanzielle Sanktionen. Aber auch immer mehr Kunden und Verbraucher wünschen nachhaltigen Zement: Moderne Hersteller achten deshalb darauf, dass ihr Produkt klimafreundlich produziert wird und die Umwelt schont. Das hilft ihren Geschäftspartnern und Auftraggebern, ebenfalls ihren CO2-Fußabdruck zu reduzieren. In der Industrie gibt es derzeit mehrere Möglichkeiten, die Schadstoffemissionen zu verringern.
- Einsatz Alternative Brennstoffe
- Reduzieren des Kohlenstaubs
- Verbrennen mit höherem Sauerstoffanteil
- Reduzieren des Klinkeranteils
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Das Brennen von Zementklinker ist energieintensiv. Im Drehofen müssen bei herkömmlichen Verfahren Temperaturen von mehr als 1400 Grad Celsius erreicht werden. Seit einigen Jahren suchen Hersteller von Zement nach Ersatz für fossile Brennstoffe. Abfälle, die sich nicht für hochwertiges Recycling eignen, können als alternativer Brennstoff dienen. Damit werden sie Teil der Kreislaufwirtschaft und landen nicht ungenutzt auf einer Deponie, wo durch Zersetzungsprozesse ebenfalls CO2 freigesetzt wird. Neben organischen Abfällen wie Klärschlamm kann zum Beispiel Kunststoff als Brennstoff genutzt werden. Die Handhabung der alternativen Brennstoffe ist anspruchsvoll, da die Abfälle keine konstante Zusammensetzung aufweisen. Das erschwert die korrekte Dosierung. Beim Transport der Abfälle zum Ofen kann es zu Brückenbildung und Blockaden kommen, wenn das Material ein geringes Gewicht und ein hohes Volumen hat. Probleme beim Materialfluss und eine wechselhafte Qualität der Brennstoffe können außerdem unerwünschte Schwankungen der Brennerflamme und der Temperatur verursachen. In ungünstigen Fällen entstehen Rückstände, die die Qualität des hergestellten Zements beeinträchtigen. Die Industrie hat schon Lösungen für diese Probleme entwickelt: In professionellen Testcentern können Qualität und Fließeigenschaften der Abfälle gemessen und bewertet werden, bevor sie als Brennstoff zum Einsatz kommen. Die Produktionslinien sind für Materialien mit unterschiedlicher Dichte und Qualität optimiert. |
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| Kohlenstaub ist in modernen Werken nicht mehr der primäre Brennstoff zur Herstellung von Zement. Da der Brennwert alternativer Brennstoffe schwankt, werden fossile Energieträger allerdings weiterhin zum Ausgleich benötigt. Zudem können Abfälle nicht zum Anfeuern der Öfen, sondern erst bei Erreichen der Zieltemperatur genutzt werden. Da Kohlenstaub noch gebraucht wird, um Schwankungen auszugleichen und den Ofen bei Verschmutzung durch Ablagerungen frei zu brennen, muss der Brennstoff in geringeren Mengen dosiert und variabel dem Prozess zugeführt werden. Im Ergebnis erreicht die Zementindustrie eine Reduzierung des Kohlenstaubs und damit niedrigere CO2-Emissionen zum Schutz der Umwelt. |  |
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Durch das Oxyfuel-Verfahren kann der CO2-Aussstoß in der Produktion von Zement reduziert werden. Anstelle von Luft wird hierbei reiner Sauerstoff zum Brennen verwendet. Das erleichtert das anschließende Abscheiden des klimaschädlichen Kohlenstoffdioxids. Das CO2 entweicht nicht mehr in die Atmosphäre, sondern wird gesammelt und gespeichert. Darüber hinaus wird die benötigte Temperatur beim Brennen mit reinem Sauerstoff mit weniger Brennstoff erreicht, was sich günstig auf die Energiebilanz auswirkt. Das Verfahren ist technisch allerdings aufwendig. Bei einem zu niedrigen Sauerstoffanteil und unvollständiger Verbrennung kann giftiges Kohlenmonoxid entstehen. Unter Umständen wird hierbei auch die Qualität der Produkte beeinträchtigt. Um dieses Risiko zu minimieren, kommt es auch beim Oxyfuel-Verfahren auf eine genaue und zuverlässige Dosierung des Materials an. Erfahren Sie mehr über die Zementlösungen von Schenck Process |
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Die meisten Verfahren zur Verbesserung der Ökobilanz in der Produktion von Zement zielen auf das Reduzieren fossiler Brennstoffe ab. Der größere Anteil an CO2 entsteht jedoch durch chemische Prozesse bei der Umwandlung von Kalkstein in Klinker. Ein Ziel der Industrie ist es, den Klinkeranteil durch das Beimischen von Zusatzstoffen zu reduzieren. Zum Einsatz kommen zum Beispiel extra fein gemahlener Kalkstein und kleingemahlener Beton sowie Flugasche, Hüttensand und Schlacke. Wesentliche Eigenschaften des auf Zement basierenden Baustoffs Beton sind Bindefähigkeit, Festigkeit und Härte. Sie sollen unter der Reduzierung des Klinkeranteils nicht leiden, damit trotzdem eine hohe Produktqualität garantiert werden kann. Die Mischsysteme in der Zementherstellung müssen die unterschiedlichen Rohstoffe in einem exakten Verhältnis dosieren und zusammenführen, damit daraus später hochwertiger Beton entsteht. Erfahren Sie mehr über Schenck Process' Massendurchfluss-Messgeräte |
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Fazit: Das sind die zukünftigen Herausforderungen
Die Weltbevölkerung wächst. Global wird weiterhin viel gebaut. Die Nachfrage nach nachhaltigem Zement und Beton als Baustoff wird daher absehbar nicht sinken. Gleichzeitig wird der Klimaschutz immer wichtiger, um die Erderwärmung zu begrenzen. Die Herstellung von Zement muss „grüner“ werden, damit die Umwelt geschont wird. Vor allem in Europa haben viele Zementwerke damit begonnen, Ersatz für fossile Brennstoffe zu suchen und in eine schadstoffarme Produktion zu investieren. Weltweit gibt es jedoch einen großen Modernisierungsstau. Der Druck auf die Hersteller, den Ausstoß von Emissionen zu senken, wird weiter steigen. Je mehr Unternehmen auf eine „grüne“ Produktion und mehr Nachhaltigkeit setzen, umso knapper werden die alternativen Brennstoffe. Vor allem in Ländern mit hoher Recyclingquote sinkt in der Folge die Qualität des verfügbaren Materials.
Für die Hersteller der Maschinenkomponenten ist dies eine Herausforderung: Die Anlagen für die Produktion von Zement müssen auf die Verwendung unterschiedlichster Schüttgüter ausgelegt sein. Die Zusammensetzung alternativer Brennstoffe kann stark schwanken. Das Beimischen von Zusatzstoffen in der Zementherstellung erfordert höchste Genauigkeit. Die Qualität des Baustoffs Beton darf nicht leiden. Mit modernen Systemen muss exaktes Dosieren auch unter anspruchsvolleren Bedingungen gewährleistet sein. Es kommt also auf Expertise und Erfahrung an, um gute Lösungen für die Zukunft zu finden.
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