Klimaverträglicher Zement Sonnenschein statt rauchender Schlote

Anbieter zum Thema

DLR Göttingen

FAULHABER Antriebssysteme

Zement ist überall: in Fußböden, Wänden, Zimmerdecken und manchmal auch in den Köpfen von Forschern – im positiven Sinn: Forschende des DLR wollen den energieaufwendigen Prozess zur Herstellung unseres wichtigsten Baustoffs mit konzentrierter Solarstrahlung klimaverträglicher machen.

Die Zementindustrie ist einer der größten CO₂-Emittenten weltweit. Etwa acht Prozent der globalen Treibhausgasemissionen stammen aus der Zementproduktion. Circa 60 Prozent davon resultieren aus der Kalzinierung von Kalkstein. Die klassische Kalzinierung, ein wichtiger Schritt in der Zementherstellung, erfolgt heute fast ausschließlich mit fossilen Brennstoffen. Das Projekt CemSol zielt darauf ab, diesen Prozess durch solarthermische erzeugte Hochtemperaturwärme zu ersetzen und gleichzeitig CO₂ zu binden. Dazu wird ein geschlossener Kreislauf, der Calcium-Looping (CaL), genutzt. Dies würde es erlauben, weiterhin auf den unersetzlichen Baustoff Zement zu bauen. 

Jede Tonne Zement verursacht etwa eine halbe Tonne CO₂ bei der Herstellung. Mit CemSol könnten je nach Anwendungsort über 90 Prozent der CO₂-Emissionen aus der Kalzinierung vermieden werden – ohne Veränderung der Zementqualität.

Mit der Kraft der Sonne

Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zeigten bereits, dass konzentrierte solarthermische Strahlung eine der günstigen Hochtemperatur-Wärmequellen sein kann. Die Nutzung von Sonnenenergie reduziert somit unmittelbar die Abhängigkeit von teuren und schädlichen fossilen Brennstoffen. Hinzu kommt, dass diese Technologie eine höchst attraktive Alternative zur elektrischen Erhitzung des Materials darstellt und somit einen möglichen Flaschenhals bei der Elektrifizierung der Industrien verhindern kann. Die Technologie kann zudem den Wettbewerbsvorteil deutscher Anlagenbauer im globalen Markt für nachhaltige Lösungen im Hochtemperatur-Bereich stärken. In der Europäische Union (EU) wäre vor allem ein Einsatz in den südlicheren Regionen attraktiv.
„Der Schlüssel zu einer klimafreundlicheren Nutzung unserer Ressourcen liegt in einem Mix aus unterschiedlichen Energiequellen. Dabei kann konzentrierte Sonnenenergie effizient für Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden und uns im Zusammenspiel mit Strom aus erneuerbaren Quellen diesem Ziel einen Schritt näher bringen“, sagt Projektleiter Gkiokchan Moumin, vom DLR-Institut für Future Fuels. 

Reaktor für Kalzinierung mit konzentriertem Sonnenlicht

Im Rahmen des Projekts hat das DLR ein experimentelles Testsystem aufgebaut.

• Der Hauptfokus lag auf der Validierung des Reaktorkonzepts für den Solarkalzinator, wobei der DLR-Sonnensimulator Synlight zum Einsatz kam, der künstlich erzeugtes, konzentriertes Sonnenlicht bereitstellt.  
• Die vollständige Kalzinierung von 1.570 Kilogramm Kalkstein, gefolgt von einer Sinterung, könnte fast dieselbe Menge Zement und die sechsfachen Menge an Beton liefern – genug, um eine quadratische Hütte mit einer Grundfläche von fünf Quadratmetern zu bauen.
• Während der mehrmonatigen Testkampagne wurden 25 Bestrahlungstests bei Leistungen von bis zu 65 Kilowatt durchgeführt. Dies markiert den Betrieb der bisher größten solaren Kalzinierungsanlage.
• Im Durchschnitt wurden stündlich 15 bis 50 Kilogramm Kalkstein-Partikel in den Solarkalzinator geleitet und vollständig kalziniert.
• Insgesamt nahmen die Forscher über 90 Proben des kalzinierten Kalksteins für detaillierte Analysen hinsichtlich der Materialqualität und der Langzeitstabilität des Prozesses.
• Ergänzend dazu führten sie Computersimulationen durch, um den Wärmetransport innerhalb des Reaktors und die Reaktionen der Kalkstein-Partikel zu untersuchen. Die daraus gewonnenen Daten bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung und zukünftige Skalierung der Technologie auf einen höheren Maßstab.

Das Projekt CemSol wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.Weiterführende Links