CO2-Abscheidung in der Zementindustrie

Die im Zusammenhang mit Zement entstehenden CO2-Emissionen können nur mit Technologien zur CO2-Abtrennung reduziert werden. Ein EU-Team hat die vorhandenen Optionen einer Bewertung unterzogen.

Klimawandel und Umwelt

Industrielle Technologien

Der Klimawandel, von dem man auch als globale Erwärmung spricht, ist bereits deutlich fühlbar. Seine Hauptursache ist die durch die Aktivitäten des Menschen verursachte Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre. Einen wesentlichen Beitrag dazu leistet die Zementindustrie, die für ungefähr 6 bis 7 % der Emissionen verantwortlich ist. Der größte Teil der in dem Industriezweig anfallenden Verschmutzung durch CO2-Emissionen entsteht durch die für das Produkt grundlegende chemische Reaktion. Der Rohstoff – Kalkstein – besteht hauptsächlich aus Kalziumkarbonat, das beim Erwärmen Kalziumoxid bildet und dabei große Mengen an CO2 freisetzt. Eine Umstellung auf erneuerbare Energiequellen bedeutet in diesem Fall kaum einen Unterschied, so dass Technologien zur CO2-Abscheidung und -Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS) den Großteil einer möglichen Emissionssenkung leisten müssen. Diese sollen verhindern, dass das bei industriellen Verfahren freigesetzte Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt. Die Nachrüstung der existierenden Zementwerke mit neuer Technik ist jedoch keine leichte Aufgabe. Das EU-finanzierte Projekt CEMCAP hat die der europäischen Zementindustrie zur Verfügung stehenden CCS-Optionen einem Vergleich unterzogen. Das Team bewertete fünf in Frage kommende Technologien gemäß ihrer Eignung für die verschiedenen Anlagentypen. Im Rahmen des Projekts wurden die Technologien technisch und ökonomisch verglichen sowie ein Rahmenwerk erstellt, das den Vergleich ermöglicht. Versuche im Pilotmaßstab bestätigten die Machbarkeit aller Abscheidungstechnologien. Mögliche Technologien Das Team erprobte alle in Frage kommenden technischen Varianten bis auf eine in einem Labor, in dem industrielle Bedingungen reproduziert wurden. Die Ausnahme, die Klinkerkühlung, wurde im laufenden Betrieb eines Zementwerks getestet. Bei diesem Prozess wird der Klinker, Hauptbestandteil des Zements, mit CO2 anstelle von Luft gekühlt. Das Forscherteam erprobte außerdem drei an die Verbrennung anschließende Technologien (Post-Combustion). Chilled Ammonia, ein Verfahren mit gekühltem Ammoniak, entfernt mithilfe einer Ammoniaklösung CO2 aus den Abgasen. Beim zweiten Verfahren, der sogenannten membranunterstützten CO2-Verflüssigung, kommt eine Kunststoffmembran, die CO2 abtrennt, in Kombination mit einem CO2-Verflüssigungsprozess zur Anwendung. Bei der letzten in Frage kommenden Technologie, dem Calcium-Looping, wird dem Abgas Kalziumoxid hinzugefügt, um mit dem CO2 Kalziumkarbonat zu bilden. Das Team testete zwei Versionen des Calcium-Looping-Verfahrens. Alle erprobten Technologien waren energieeffizienter als die zu Referenzzwecken dienende Aminwäsche, auch wenn Oxyfuel am effizientesten war. Das Forscherteam fand heraus, dass mit den Post-Combustion-Technologien eine einfachere Nachrüstung vorhandener Anlagen zu realisieren ist, während integrierte Technologien (z. B. Oxyfuel mit Calcium-Looping) am schwierigsten nachzurüsten sind. „Wir konnten unter den Abscheidungstechnologien keinen klaren Sieger finden“, betont Projektleiterin Dr. Kristin Jordal. „Alle innerhalb von CEMCAP untersuchten CO2-Abscheidungstechnologien sind technisch möglich und stehen entweder bereit, um vor Ort erprobt zu werden, oder sind bereits auf dem Weg in diese Richtung.“ Die optimale Abscheidungstechnologie ist je nach Standort und anderen Faktoren immer fallspezifisch. Weitere Tests und Verbreitung Aufbauend auf CEMCAP wird das neue EU-Projekt CLEANKER das Calcium-Looping in Richtung einer vollständigen Vor-Ort-Demonstration voranbringen. Gleichermaßen finanziert die ECRA (European Cement Research Academy) in Werken in Österreich und Italien eine Demonstration des Oxyfuel-Verfahrens. Für die anderen im Rahmen von CEMCAP getesteten Technologien existieren derzeit keine Pläne zur weiteren Demonstration. Obgleich das Projekt die Realisierbarkeit aller in Frage kommenden Verfahren nachweisen konnte, bleibt noch viel zu tun, bis eine industrielle Umsetzung möglich erscheint. Kernproblem ist, dass alle CCS-Prozesse die Kosten der Zementherstellung um 50 bis 90 % erhöhen. „Gegenwärtig gibt es in Europa keine Geschäftsszenarien für die CO2-Abscheidung in Anlagen an Land“, sagt Dr. Jordal. Außerdem fehlt es in Europa an jeglicher Infrastruktur für den Transport und die Speicherung von CO2 sowie an geeigneten rechtlichen und ordnungspolitischen Rahmenbedingungen. „Das ist der Grund, weshalb derzeit niemand CO2 in Zementwerken abscheidet, obgleich der Zementhersteller Norcem dieses Ziel verfolgt, wenn denn die norwegische Regierung einen Teil der Kosten übernimmt.“ Ohne Geschäftsszenario ist es eher unwahrscheinlich, dass sich kommerzielle Zementhersteller freiwillig auf die CO2-Abscheidung und -Speicherung einlassen. Die Europäische Kommission muss möglicherweise erst eine Gesetzgebung für den zwingenden Einsatz der Technologien erlassen. Kommt es dazu, hat CEMCAP dazu beigetragen, diesen Prozess zu vereinfachen.

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CO2 capture from cement production

CO2-Abscheidung in der Zementindustrie

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