Zementwerke produzieren nicht nur Zement, sondern auch große Mengen an Kohlenstoffdioxid (CO₂). Wie das klimaschädliche Treibhausgas zu Rohstoff für die chemische Industrie werden kann, untersucht ein Wissenschaftsteam im Projekt CO₂-Syn.

Europa will bis 2050 klimaneutral werden. Für die Zementindustrie ist dies eine große Herausforderung. Denn bei jeder Tonne produziertem Zement entstehen etwa 600 Kilogramm Kohlenstoffdioxid. Wenn es gelänge, das klimaschädliche Gas aus der Atmosphäre fernzuhalten und stattdessen Rohstoffe zu marktrelevanten Preisen daraus zu erzeugen, wäre dies ein Meilenstein. Das CO₂-Syn-Forschungsteam arbeitet daran. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln im kürzlich gestarteten Forschungsverbund unter anderem ein zweistufiges Verfahren, bei dem verdünnte sowie verunreinigte CO₂-Prozessabgase künftig direkt weitergenutzt werden könnten. Bisher muss das von den Zementwerken freigesetzte Kohlenstoffdioxid noch aufwändig gereinigt werden. Dies ist technisch anspruchsvoll und kostspielig.

Carbon-Capture-Utilization als Zwei-Stufen-Prozess

© Phoenix Zement

Blaupause für andere Zementwerke: Die in CO2-Syn entwickelte neue Prozessroute soll – an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst – auch von anderen Zementwerken übernommen werden können. © Phoenix Zement | Blaupause für andere Zementwerke: Die in CO2-Syn entwickelte neue Prozessroute soll – an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst – auch von anderen Zementwerken übernommen werden können.

Um das Kohlenstoffdioxid abzutrennen und weiter zu verarbeiten, setzt das Wissenschaftsteam auf Carbon-Capture-Utilization, kurz CCU. Darunter versteht man, dass aus Abgasen CO₂ abgeschieden und chemisch umgewandelt wird, etwa zu Grundstoffen für die chemische Industrie. „Wir wandeln zunächst mittels Elektrolyse Kohlenstoffdioxid und Wasser zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff um“, berichtet Dr. Kai junge Puring. „Anschließend wird das Gemisch aus diesen Stoffen, welches auch Synthesegas genannt wird, eingesetzt, um in einem weiteren thermokatalytischen Verfahren Olefine und höheren Alkohole herzustellen“, so der CO₂-Syn-Projektleiter weiter. Aus Olefinen werden unter anderem Schmiermittel, Kunststoffe oder Waschmittel produziert.

Kai junge Puring ist Gruppenleiter für Elektrolysetechnik beim Fraunhofer-Institut für Umwelt‑, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT. Gemeinsam mit Partnern der Ruhr-Universität Bochum sowie Expertinnen und Experten aus dem Phoenix Zementwerk Krogbeumker beziehungsweise dem Leuchtstoffwerk Breitungen bearbeiten er und ein interdisziplinäres Team am Fraunhofer UMSICHT eine ganze Reihe unterschiedlicher Forschungsaspekte. Dazu gehören beispielsweise robuste Katalysatoren, die eine vorgeschaltete Reinigung der CO₂-Abgasströme überflüssig machen sollen. Materialforschung ist dafür notwendig. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt liegt darauf, die chemischen Verfahrensschritte anwendungsbezogen zu optimieren. Außerdem beschäftigen sich die Forschenden mit dem sogenannten Upscaling: Das Hochfahren der Prozessschritte in praxisrelevante Größenordnungen ist nicht nur technisch, sondern auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu bewerten.

Integration der chemischen Grundstoffproduktion in das Zementwerk

Neben den prozessbezogenen Forschungsthemen steht am Ende die Frage der Systemintegration. Wie lässt sich die neue „Produktionslinie“ in ein bestehendes Zementwerk integrieren? Welche potenziellen Abnehmer gibt es und wie sieht ein erfolgreiches Marketing für die chemischen Grundstoffe aus? Um das solide einschätzen zu können, erarbeitet das CO₂-Syn-Team ein Bewertungskonzept. In dieses werden neben technischen und wirtschaftlichen Aspekten unter anderem auch ökologische und standortspezifische Aspekte einfließen. (it)