Grüner Zement als Klimaschutzmaßnahme
Die Zementindustrie gehört zu den größten CO2-Emittenten weltweit und ist für bis zu acht Prozent der menschengemachten Emissionen verantwortlich – fast dreimal so viel wie der globale Luftverkehr. Um diese Emissionen zu reduzieren und langfristig Klimaneutralität zu erreichen, setzt die Branche auf technologische Innovationen. Ein vielversprechender Ansatz ist das internationale Forschungsprojekt „ECem“, an dem auch das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) beteiligt ist. Mit neuen elektrischen Heiztechnologien soll der CO2-Ausstoß bei der Zementherstellung drastisch gesenkt werden.
Kalzinierung als zentraler Emissionsfaktor
Die Kalzinierung ist einer der wichtigsten Prozesse in der Zementherstellung. Dabei wird Kalkstein auf etwa 1.450 Grad Celsius erhitzt, wodurch Klinker, der Hauptbestandteil von Zement, entsteht. Diese chemische Reaktion verursacht den Großteil der Emissionen in der Zementindustrie: Zwei Drittel entstehen durch die thermische Zersetzung des Kalksteins, ein Drittel durch den hohen Energieaufwand, der bislang durch fossile Brennstoffe gedeckt wird.
Forschungsprojekt „ECem“: Elektrifizierung des Kalzinierungsprozesses
Das Projekt „ECem“ (Electric Calciner Technologies for Cement Plants of the Future) entwickelt klimafreundlichere Alternativen zur traditionellen Kalzinierung. Unter der Leitung des dänischen Zementkonzerns FLSmidth arbeiten verschiedene Partner, darunter das HZDR, das Dänische Institut für Technologie und die Universität Aalborg, an zwei elektrischen Heiztechnologien. Während sich die dänischen Partner auf Infrarot-Strahlungsheizung konzentrieren, forscht das HZDR an der induktiven Beheizung.
Induktionsheizung und ihre Herausforderungen
Induktionsheizung könnte eine effiziente Methode sein, um Kalkstein zu erhitzen. Allerdings besitzt Kalkstein eine schlechte elektrische Leitfähigkeit. Um diese Hürde zu überwinden, setzen die Forscher sogenannte Suszeptoren ein – Metallkugeln, die die übertragene Energie in Wärme umwandeln und gleichmäßig im Material verteilen. Diese müssen stabil, hitzebeständig und abriebfest sein, um den industriellen Bedingungen standzuhalten.
Optimierung des Wärmetransports für eine gleichmäßige Temperaturverteilung
Eine große Herausforderung bei der Induktionsheizung ist die gleichmäßige Wärmeverteilung in großen Zementöfen. HZDR-Ingenieur Dr. Sven Eckert betont, dass ohne gezielten Wärmetransport nur die Randschichten erhitzt werden könnten. Daher muss die Gasströmung im Ofen optimiert werden, um eine homogene Temperatur im gesamten Volumen zu gewährleisten. Hier kommen spezielle Messtechniken wie die Magnetfeldtomografie zum Einsatz, die am HZDR entwickelt wurden.
Pilotanlage als nächster Schritt
Ziel des Projekts ist es, die Technologie zunächst im Labormaßstab zu validieren. Die gewonnenen Daten fließen in Computersimulationen ein, um digitale Zwillinge des Prozesses zu entwickeln. Falls die Experimente erfolgreich sind, könnte nach Projektende im Jahr 2028 eine industrienahe Pilotanlage entstehen. Ob diese auf Induktions- oder Strahlungsheizung basiert oder eine Kombination beider Technologien nutzt, wird die weitere Forschung zeigen.
Das Projekt „ECem“ könnte einen entscheidenden Beitrag zur nachhaltigen Umgestaltung der Zementindustrie leisten und einen wichtigen Schritt in Richtung Klimaneutralität ermöglichen.
