Zement wird ein bisschen grüner: Elektrischer Strom soll Erdgas ablösen

Zementwerke sollen künftig bis zu 40 Prozent weniger Kohlenstoffdioxid (CO₂) emittieren als heute. Damit soll einer der klimaschädlichsten Zeige der Industrie, der weltweit für acht Prozent der CO₂-Emissionen verantwortlich ist, ein ganzes Stück umweltverträglicher werden. Im Projekt „ECem“, geleitet vom dänischen Zementkonzern FLSmidth, entwickeln Forscher des Helmholtz-Instituts Dresden-Rossendorf (HZDR) das Dänische Institut für Technologie, die Universität Aalborg sowie die Unternehmen European Energy und Cementos Argos elektrische Heizsysteme für Drehrohröfen, die Herzstücke der Zementindustrie. Diese Öfen werden derzeit vor allem mit Erdgas beheizt.

Ein Teil des CO₂ lässt sich nicht vermeiden

Kalkstein, der in den Drehrohröfen auf eine Temperatur von 1450 Grad Celsius gebracht wird, zerfällt dadurch in Wasserdampf, CO₂ und Kalziumoxid, einen der Hauptbestandteile von Zement. Das hier entstehende CO₂ lässt sich nicht vermeiden. Es könnte aber abgetrennt und in tiefen geologischen Formationen endgelagert werden.

Die dänischen Partner konzentrieren sich darauf, diese so genannte Kalzinierung mit Hilfe von Infrarotheizungen zu realisieren, das HZDR beschäftigt sich hingegen mit induktivem Heizen. Betrieben werden sollen die Systeme natürlich mit grünem Strom. Dänemark fördert das Projekt mit umgerechnet 2,8 Millionen Euro.

Der Trick mit den Metallkugeln

Beim induktiven Heizen ist wird mit stromdurchflossenen Spulen ein starkes elektromagnetisches Feld erzeugt, das elektrisch leitfähiges Material erwärmt. Es erzeugt darin Wirbelströme, die es erhitzen. Kalkstein ist allerdings ein elektrischer Isolator, der auf elektromagnetische Felder nicht reagiert. Durch einen Trick gelingt es dennoch, das Material zu erwärmen. Es wird mit Metallkugeln vermischt, die sich erhitzen und die Wärmeenergie auf den Kalkstein übertragen. Da sich der Ofen dreht wirbeln die Kugeln durcheinander, sodass sie das Material gleichzeitig zerkleinern. Das erleichtert den abschließenden Mahlvorgang.

Es muss überall gleich heiß werden

„Auf den ersten Blick hat dieses Projekt wenig mit der Strömungsmechanik zu tun, mit der wir uns normalerweise am Institut befassen“, so HZDR-Ingenieur Sven Eckert, Leiter der Abteilung Magnetohydrodynamik. „Zementöfen verarbeiten in der Regel viele Tonnen Material, weshalb die Schwierigkeit darin besteht, ein homogenes Temperaturfeld im gesamten Ofen herzustellen. Eine induktive Heizung könnte dieses Problem sogar noch verschärfen, wenn man keinen ausreichenden Wärmetransport garantiert, der nicht nur die Randschichten, sondern auch das Innere des riesigen Volumens erreicht. Deswegen müssen wir den Prozess grundsätzlich betrachten, einschließlich einer Optimierung konvektiver Gasströmungen im Ofen, die für einen effektiven Wärmetransport sorgen müssen.“

Nach Tests mit einer Laboranlage und dem Bau einer Demonstrationsanlage soll, wenn sich das Verfahren als realisierbar erweist, 2028 eine industrielle Anlage errichtet werden.

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