Verringerung von CO2-Emissionen in der Zementproduktion

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Grenzüberschreitende Zusammenarbeit von Forschungseinrichtungen und Industriepartnern in Saar-Lor-Lux

Wäre die Zementindustrie ein Land, dann wäre sie der viertgrößte CO2-Emittent weltweit. Das Interreg-Projekt CO2REDRES „Behandlung von Sekundärrohstoffen zur Reduzierung von CO2-Emissionen in der Bauindustrie“ vereinte 18 Partner aus der Großregion für den Zeitraum 2020-2023 mit einem Budget von 1.2 Millionen Euro, um ein nachhaltiges Bindemittelkonzept für Betonmischungen vorzuschlagen, das auf der Aufwertung von Industrieabfällen und Nebenprodukten aus der Großregion und ihrer Verwendung als Zementersatzstoffe beruhte. Die grenzüberschreitende Zusammenarbeit von Forschungseinrichtungen und Industriepartnern in der Großregion Saar-Lor-Lux ermöglichte die gemeinsame Nutzung des Know-hows der Unternehmen und der Forschungsexpertise der Partneruniversitäten, um dem Projekt einen Mehrwert zu verleihen, indem ein großes Gebiet für potenzielle Rohstoffquellen abgedeckt wurde und alle vom grenzüberschreitenden Wissensaustausch profitierten.

Holcim-Lafarge-Zementwerk Barcelona (klassisch) – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify

Das Endergebnis wird die Kartierung der oben genannten Materialien in der Region, die Empfehlung über die Machbarkeit ihrer Verwendung als Zementersatz und die industrielle Skalierung möglicher Materialaktivierungstechniken sein, die im Rahmen dieses Projekts untersucht wurden. Der Nutzen für die Großregion ging über den der Partner hinaus und erstreckte sich auf Umwelt- und Compliance-Aspekte sowie auf die Gesellschaft im Allgemeinen, da ein „lebendes Labor“ eingerichtet wurde.

Heutzutage zählt die Bauindustrie zu den größten CO2-Emittenten weltweit. Insbesondere bei der Klinkerherstellung im Rahmen der Zementproduktion werden durch das Brennen von Karbonatgesteinen (Kalkstein, Mergel, Dolomit u.a.) große Mengen CO2 freigesetzt. Sie verursachen ca. 8% des jährlichen globalen CO2-Ausstoßes.

Um die CO2-Emissionen zu reduzieren, sollen bei der Zementproduktion alternative Materialien aus CO2-armem bergbaulichen und industriellen Abraum- und „Abfall“stoffen genutzt werden. Der konsequente Ersatz konventionell genutzter Ressourcen durch solche Materialien erlaubt, die hohen CO2-Emission der Bauindustrie mit „Ökozementen“ zukünftig deutlich zu reduzieren. In der Großregion fällt eine große Bandbreite an bergbaulichen oder industriellen „Abfall“stoffen an, die zurzeit ungenutzt sind, aber ein hohes Potenzial für die Anwendung bei der Zementproduktion aufweisen. Zu diesen Materialien zählen Kieswäscheschlämme, die nach dem Auswaschen des Feinmaterials beim Kies- und Sandabbau anfallen und in großen Mengen in Absetzbecken deponiert werden – daneben aber auch Stäube aus der Quarzitgewinnung und Rückstände des Kalk- und Dolomitabbaus.

Im Rahmen des Interreg-geförderten Projekts CO2REDRES ist das Fach Geologie der Universität Trier an der Herstellung von Ökozementen mit natürlichen Materialien aus der Großregion beteiligt. Insgesamt konnten bislang elf vielversprechende Materialien identifiziert werden. Diese ausgewählten „Abfall“stoffe zeichnen sich durch eine Reihe von Gemeinsamkeiten aus, wie z.B. Feinkörnigkeit und ein hoher Anteil an spezifischen Tonmineralien, durch deren Reaktivität eine hohe Festigkeit des Zements erreicht werden kann.

Das federführend von der Universität Luxemburg geleitete Projekt startete im Juli 2020. Neben den Universitäten Trier und Luxemburg sind des Weiteren Universitäre Partner aus Lüttich und Lothringen an dem Projekt beteiligt. Es fanden zwei grundlegende Strategien für die Herstellung von Ökozement Anwendung:

  • Teil-Ersatz von konventionell genutztem Portlandzement durch Alternativmaterialien oder
  • ganzheitlicher Einsatz mittels neuartiger Bindemittel, um Portlandzement komplett zu ersetzen.
  1. Die erste Strategie wendeten die Kooperationspartner der Universität Luxembourg an. Die Ergebnisse zeigen, dass beim 20%igen Ersatz des Portlandzements durch gebrannten Ton, der z.B. bei Kiesabbau in der Eifel anfällt, sogar höhere Festigkeiten erreicht werden konnten. Gleichzeitig reduzierten sich Energieaufwand und CO2-Emissionen.
  2. Die zweite Strategie wurde an der Universität Trier verfolgt. Mitarbeiter des Fachs Geologie forschten an sog. „Geopolymerpementen“ aus CO2-freien Alternativmaterialien. Die Zementzusammensetzung bestand überwiegend aus gebrannten Tonmineralen, die durch die Zugabe eine Lauge aktiviert wurden. Hierdurch wurde das Fertigungsverfahren komplexer als im Fall von konventionellem Zement, da die chemische Zusammensetzung, die Konzentration und die Menge der Lauge einen hohen Einfluss auf die Eigenschaften des Zements hatte.

Die Projektergebnisse zeigten, dass die verschiedenen bergbaulichen Abraum- und „Abfall“stoffe aus der Großregion breite Anwendung im der Zementherstellung finden können. Somit besteht die Möglichkeit, dass durch die Aufbereitung dieser Materialien, die intensiven CO2-Emissionen konventioneller Primärrohstoffe reduziert werden kann.  Darüber hinaus ist diese innovative und umweltfreundliche Alternative auch aus ökonomischer Sicht für Unternehmen in der Großregion von hohem Interesse.

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