CEMCAP - CO2-Abscheidung in der Zementproduktion

Die europäische Zementindustrie hat sich verpflichtet, Klimaschutzmaßnahmen umzusetzen und so ihre Kohlendioxid-Emissionen zu reduzieren. Obwohl Technologien zur Abscheidung von CO2, sogenannte CO2-Capture-Technologien, einen wesentlichen Bestandteil aller CO2-Reduktionsszenarien darstellen, sind sie derzeit noch nicht für den großflächigen Einsatz in der Zementindustrie verfügbar. Das primäre Ziel von CEMCAP ist es daher, die technologischen Voraussetzungen für eine flächendeckende Umsetzung der CO2-Abscheidung in der europäischen Zementindustrie zu schaffen. Zu diesem Zweck verfolgt CEMCAP folgende Teilziele

Heißklinker aus dem laufenden Betrieb der OfenlinieHeißklinker aus dem laufenden Betrieb der Ofenlinie
  • Weiterentwicklung der Technologie bis zur Stufe (TRL) 6 für die Oxyfuel-Capture-Technologie in Zementwerken und für drei grundsätzlich unterschiedliche Technologien zur Kohlendioxidabscheidung bei Verbrennungsprozessen (alle mit einer angestrebten Abscheiderate von 90 %).
  • Identifizierung der CO2-Capture-Technologien, die bei bestehenden Zementwerken kosten- und ressourceneffizient nachgerüstet werden können und die die Produktqualität und Umweltverträglichkeit sichern.
  • Formulierung einer techno-ökonomischen Entscheidungsgrundlage für die CO2-Abscheidung in der Zementindustrie, um die derzeitige Unsicherheit der Kosten der CO2-Capture-Technologien um mindestens 50 % zu reduzieren.

Für einen erfolgreichen großflächigen Einsatz der CO2-Abscheidung in der Zementindustrie müssen Technologien über den heutigen Stand der Technik hinaus weiterentwickelt werden. Um die vielversprechendsten nachrüstbaren CO2-Capture-Technologien auf ein höheres TRL-Niveau zu bringen und somit noch praxistauglicher zu machen, setzt CEMCAP auf folgende Maßnahmen:

  • Aufzeigen eines Entwicklungshorizonts, um technologische Lücken bei der CO2-Abscheidung entlang den damit verbundenen Innovationsketten von Zement- und Zulieferer-Industrien zu schließen.
  • Ermittlung und Verfolgung von mindestens fünf potenziellen Innovationen aus der CEMCAP-Forschung. CEMCAP erforscht insbesondere nachrüstbare CO2-Abscheidungstechnologien, da Zementwerke typischerweise eine Lebensdauer von bis zu 30-50 Jahren haben. Die Ergebnisse von CEMCAP werden jedoch über diesen Horizont hinausgehen. So beabsichtigt CEMCAP, eine Grundlage für eine Zementproduktion mit wenig oder annähernd gar keiner CO2-Emission zu schaffen.
Experimentelle Arbeiten am Oxyfuel-KlinkerkühlerExperimentelle Arbeiten am Oxyfuel-KlinkerkühlerUnter Oxyfuel-Bedingungen abgekühlter ZementklinkerUnter Oxyfuel-Bedingungen abgekühlter Zementklinker

CO2-Emissionen aus der Zementindustrie haben weltweit einen Anteil von ca. 7 % an den globalen anthropogenen CO2-Emissionen. Im Jahr 2013 entstanden rund 20 % der weltweiten CO2-Emissionen der Zementproduktion in Europa (EU28). Um die Emissionsziele der europäischen und globalen Treibhausgasemissionen (GHG) zu erreichen und die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie zu erhalten, ist für die Zementindustrie eine deutliche Reduzierung der Emissionen erforderlich. Beim Zementherstellungsprozess kommt es aufgrund der Kalzinierung des wichtigsten Rohstoffs Kalkstein (CaCO3, umgewandelt in CaO und CO2) zur Erzeugung von prozessbedingtem CO2: Rund 60 % der CO2-Emissionen aus der Zementherstellung sind auf diese Umwandlung zurückzuführen, lediglich 40 % stammen aus der Verbrennung von Brennstoffen, die die nötige thermische Energie für die Klinkerproduktion liefern. Derzeit gibt es keine Methoden zur Herstellung von Klinker und damit Zement ohne Freisetzung von CO2 aus CaCO3.

Eine Möglichkeit zur deutlichen Reduzierung der Treibhausgasemissionen in der Zementindustrie ist CO2-Capture and Storage (CCS). Technologien, die für die CO2-Abscheidung von Kraftwerken entwickelt wurden (und vielfach ein TRL 7-8 aufweisen), müssen für eine Nachrüstung in Zementwerken angepasst werden. Bei der Betrachtung des Zementsektors liegen die Abscheidungstechnologien typischerweise bei TRL 4-5 oder niedriger. Das CEMCAP-Projekt wurde entwickelt, um jene Technologien für die Zementindustrie auf eine höhere TRL-Stufe zu bringen und damit dem Praxiseinsatz näher zu kommen. Ausgehend von der Wissensbasis der Partner und der bestehenden Forschung und Entwicklung zu Abscheidungstechnologien im Energiesektor werden vier grundsätzlich unterschiedliche Capture-Technologien (derzeit bei TRL 4-5) entwickelt, um letztlich TRL 6 für Zementwerke zu erreichen.

Unter Berücksichtigung der experimentellen Ergebnisse und einer techno-ökonomischen Analyse wird CEMCAP eine Entscheidungsgrundlage für CO2-Capture-Technologien in der Zementindustrie entwickeln. Dies soll die europäischen Zementhersteller in die Lage versetzen, werksspezifische CCS-Wirtschaftlichkeitsanalysen zu erstellen und sich an eine Welt mit begrenzten Kohlenstoffemissionen anzupassen. Aus europäischer Perspektive zielt CEMCAP darauf ab, das Portfolio an kosten- und ressourceneffizienten Optionen für CCS und damit die Möglichkeiten zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen zu erweitern.

Förderer

Dieses Projekt wurde aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm der Horizon 2020 der Europäischen Union im Rahmen der Fördervereinbarung Nr. 641185 finanziert. Es soll die Voraussetzungen für eine großflächige Umsetzung der CO2-Abscheidung in der europäischen Zementindustrie schaffen.