Third Party Funds Group - Sub project
Acronym: K4
Start date : 01.08.2021
End date : 31.07.2025
Das Verbundvorhaben K4 zielt auf die Entwicklung eines ganzheitlichen Konzepts zur signifikanten Reduzierung der CO2-Emissionen in der Zement- und Betonindustrie ab, basierend auf den Säulen:
1) Entwicklung und Herstellung kalkarmer belitischer Klinker zur direkten Vermeidung anthropogener CO2-Emissionen (CDA),
2) 100%ige Primärressourceneinsparung durch Erschließung von RCP als Kalksteinsubstitut im Rohmehl zur Zementklinkerherstellung,
3) Sequestrierung und stoffliche Nutzung von anthropogenem CO2 durch Herstellung karbonatisierungsgehärteter Betonsteinsteinprodukte (CCU).
Der Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung spiegelt das Pariser Klimaschutzabkommen vom Dezember 2015 als nationale Verpflichtung wider, mit dem Ziel bis ins Jahr 2030 die Treibhausgasemissionen um 55% gegenüber 1990 zu senken. Die weitgehende Treibhaus-gasneutralität für Deutschland wird bis 2050 angestrebt. Einen maßgeblichen Anteil an den entstehenden Emissionen hat mit ca. 20% der Sektor Industrie, wobei ca. 5% der CO2-Emissionen auf die Zementindustrie entfallen. Diese Emissionen haben ihre Ursache zum einen im prozessbedingten Verbrauch von Brennstoffen und Energie, vor allem aber im Einsatz von primärem Kalkstein bei der Herstellung des Zementklinkers. Vor diesem Hintergrund hat die Zementindustrie während der letzten Jahre bereits große Anstrengungen unternommen, die energetisch bedingten CO2-Emissionen zu minimieren und die CO2-Bilanz der Zemente durch eine Verringerung des Klinkeranteils bei gleichzeitiger Erhöhung des Anteils von Zumahlstoffen zu verbessern.
Bei der Herstellung des Portlandzementklinkers selbst ist die Komponente „Kalkstein“ ein bisher unverzichtbarer Bestandteil des Rohmehls, da es derzeit keine andere natürliche Kalziumquelle in vergleichbarer Menge und globaler Verteilung gibt. Dem Rohmehl werden zur Einstellung des gewünschten Mineralphasenbestandes weitere Materialien zur Bereitstellung von Silizium, Aluminium und Eisen zugegeben. Dies sind i.d.R. tonhaltige Gesteine, Quarzsande und industrielle Nebenprodukte wie Aschen sowie Hütten- und Gießereisande. Das Rohmehl wird im anschließenden Klinkerbrennprozess thermisch entsäuert. Aus diesem Schritt resultieren rund 63% der bei der Zementklinkerherstellung freigesetzten CO2-Emissionen. Anders ausgedrückt führt die Kalzinierung von Kalkstein zu ca. 530 kg CO2 pro Tonne Klinker, bei einer Gesamtemission von ca. 840 kg CO2 pro Tonne Klinker.
Ein Material, das bisher als Rohmehlkomponente und potentieller Ersatz für primären Kalkstein kaum Beachtung fand, ist hydratisierter, erhärteter Zementstein in Altbeton, sogenannter RCP (Recycled Concrete Paste). Dieser kann während des Recyclings von Abbruchbeton und selektiver Trennung von Grobzuschlag und Sandfraktion gewonnen werden. Der im Beton vorliegende, hydratisierte Zementstein hat eine dem Klinker ähnliche chemische Zusammensetzung und ist potenziell in großen Mengen verfügbar. Auch wenn sich bereits Technologien für eine verbesserte selektive Trennung abzeichnen, wird die Trennung des Zementsteins von feinstem Sand und Füllstoffen nicht zu 100% möglich sein und die Zusammensetzung des Rezyklats auf einen kalkärmeren Chemismus hinauslaufen. Pro Tonne produziertem Portlandzementklinker besteht ein Bedarf an ca. 1,2 Tonnen primärem Kalkstein als Rohmehlkomponente. Jede Tonne Kalkstein emittiert hierbei ca. 440 Tonnen CO2. Bei der Herstellung von Portlandzementklinker ist ein Ersatz von Kalkstein durch RCP auf ca. 25% limitiert, u.a. aufgrund der Anforderungen an den kalkreichen Chemismus. Dies würde unter Berücksichtigung einer Vorkarbonatisierung von 20% zu einer CO2-Ersparnis von ca. 105 kg pro Tonne Klinker führen.