CLEANKER

Prozessbedingte CO2-Mengen sicher auffangen und nutzbar machen – das ist Ziel des europäischen CLEANKER-Projektes, bei dem u. a. der Verein Deutscher Zementwerke e. V. (VDZ) mit seiner Forschungseinrichtung VDZ Technology gGmbH beteiligt ist. 13 Partner, darunter Universitäten, Unternehmen und NGOs, arbeiten in einer italienischen Versuchsanlage mit Hilfe des integrierten Calcium-Looping-Prozesses daran, Grundlagen zu schaffen, um die Zementherstellung klimafreundlicher zu gestalten.

Die Zementindustrie gehört zu den CO2-intensiven Industriebranchen – nicht nur wegen der benötigten Brennstoffe, sondern auch durch die materialgebundenen CO2-Mengen. Allein 60 Prozent der CO2-Mengen entstehen prozessbedingt bei der Kalzinierung des Kalksteins. Das im Zuge von HORIZON2020 geförderte EU-Projekt „CLEANKER“ (CLEAN clinKER) erprobt als Verfahren zur Abscheidung des Kohlenstoffdioxids (CO2) die Integration von Calcium-Looping (CaL) in den Produktionsprozess. Dieses Verfahren zur CO2-Abscheidung soll in einer Demonstrationsanlage im italienischen Vernasca in einem Zementwerk industriell erprobt und eine gleichbleibende Klinkerqualität erzielt werden.

Innovation: Integriertes Calcium-Looping

Carbon Capture and Utilization/Storage, kurz CCUS, gelten als wichtige Ansätze, um Klimaauswirkungen von unvermeidbar bei Industrieprozessen anfallenden CO2-Mengen zu verhindern. Ziel des Projektes ist, mit der Abscheidung eines hochkonzentrierten CO2-Gasstroms hierfür eine Basis zu schaffen. Dabei wird das Calcium-Looping-Verfahren nicht wie bisher als Post-Combustion-Technologie, d. h. nach dem Produktionsprozess angewendet, sondern in den Prozess integriert. Zudem sieht das Konzept die Anwendung des Oxyfuel-Verbrennungsverfahrens  mit reinem Sauerstoff anstelle von Luft im Kalzinator vor. Die Integration spart Energie und bietet besondere Potenziale für die Zementindustrie, da das hierfür verwendete Sorptionsmittel Branntkalk (CaO) gleichzeitig als wesentliche Rohstoffkomponente zur Zementherstellung dient.

 „Der integrierte Calcium Looping Prozess ist eine erfolgversprechende Technologie zur CO2-Abscheidung, die künftig der Zementindustrie helfen kann, die erwünschte Treibhausgasneutralität zu erreichen und die politisch angestrebten Klimaziele zu erfüllen.“

Dr. Volker Hoenig, Geschäftsführer der VDZ Technology gGmbh

 

Effizienz: CO2-Abgas möglichst in Reinform

Das Konzept zur Integration von CaL in der Demonstrationsanlage sieht zwei Prozessschritte vor: Zunächst wird CO2 in einem sogenannten Karbonator durch die Bindung an CaO aus dem Abgasstrom abgetrennt. Anschließend erfolgt die mit der Oxyfuel-Technologie betriebene Kalzinierung, ein Brennvorgang bei dem aus dem Reaktionsprodukt Kalziumkarbonat (CaCO3) wieder gasförmiges CO2, CaO als Feststoff und Wasserdampf entstehen. Auf diese Weise wird ein möglichst reiner CO2-Abgasstrom generiert, der sowohl die rohstoff- wie auch die brennstoffbedingten CO2-Mengen enthält. Der Großteil des CaO wird im Kreislauf wieder in den Karbonator zurückgeführt, ein kleiner Teilstrom zur Klinkerherstellung dem Drehofen zugeführt. Das abgetrennte CO2 wird in einer Aufbereitungsanlage auf die gewünschte Reinheit gebracht. Die bei der CO2-Einbindung freiwerdende überschüssige Wärme wird zum Teil zurückgewonnen. Auf diese Weise werden in der Demonstrationsanlage zirka 4.000 Kubikmeter pro Stunde behandelt und das CO2 abgetrennt.

Effekt: Minderung der Emissionen                                              

Langfristig soll das in den Klinkerbrennprozess integrierte Verfahren 90 Prozent der entstehenden CO2-Mengen – sowohl der rohstoff- als auch brennstoffbasierten Prozessemissionen – auffangen. Andere Branchen können das so gewonnene CO2 als Rohstoff nutzen. Auch eine geologische Speicherung ist denkbar. So kann verhindert werden, dass das klimaschädliche Treibhausgas in die Atmosphäre gelangt. In einem vorangehenden EU-Forschungsprojekt CEMCAP, an dem der VDZ beteiligt war, wurden Kosten zur Abscheidung von zirka 60 Euro pro Tonne CO2 geschätzt. Ziel des Demonstrationsprojektes ist es nun, diese Kosten weiter deutlich zu senken. Dazu sollen der zusätzliche elektrische Energiebedarf für die Produktion auf weniger als 20 Prozent und die zusätzlichen Kosten für die CO2-Abscheidung auf weniger als 25 Euro pro Tonne Zement begrenzt werden. Nach erfolgter Demonstration der Technologie sollen weitere technische wie wirtschaftliche Analysen untersuchen, wie sich die Technologie auf weitere bestehende Werke übertragen lässt.

Dieses Projekt wird aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm der HORIZON2020 der Europäischen Union im Rahmen der Fördervereinbarung Nr. 764816 finanziert.

90 %

des prozessbedingten  CO2 wird aufgefangen

Ansprechpartner

Dr. Volker Hoenig
Geschäftsführer, VDZ Technology gGmbH
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