Grün bauen: Neue Technologien zur Herstellung von weniger umweltschädlichem Zement

Die steigende Nachfrage nach Wohnraum in den meisten Großstädten der Welt steht zunehmend im Widerspruch zu den Bemühungen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen, da die buchstäblichen Bausteine – Beton und Zement – der Bauprojekte extrem umweltschädlich sind.

Nach Angaben des Beratungsunternehmens McKinsey stammen heute rund 7 % aller CO2-Emissionen aus der Zementproduktion, was sie zu einem der Industriezweige mit den höchsten Emissionen macht.

Ein wöchentlicher Blick auf Umwelt-, Sozial- und Governance-Themen und -Strategien für Unternehmensentscheidungsträger.

„Beton ist ein unverzichtbarer Baustoff“, sagte Claude Loréa, Direktor für Zement, Innovation und ESG bei der Global Cement and Concrete Association. „Drei Viertel der Infrastruktur, die im Jahr 2050 existieren wird, müssen noch gebaut werden.“

Etwa 90 % der Emissionen bei herkömmlichem Portlandzement entstehen bei der Herstellung von Klinker – dem Bindemittel, das Wasser, Kies und Sand zusammenhält –, der fast drei Viertel des Endprodukts ausmacht.

Typischerweise wird Klinker durch Erhitzen von Kalkstein und Ton in einem Drehofen auf Temperaturen über 2.700 Grad Fahrenheit hergestellt. Für den Antrieb dieser Öfen wird häufig Kohle verwendet. Etwa zwei Drittel der Klinkeremissionen werden beim Erhitzen des Kalksteins freigesetzt, der Rest entsteht bei der Verbrennung von Brennstoffen zur Wärmeerzeugung.

Dieser Prozess wird seit Jahrtausenden wiederholt, aber Unternehmen versuchen nun, ihn zu ändern. Lösungsansätze für das Problem umfassen die Verbesserung der Energieeffizienz, den Einsatz saubererer Kraftstoffe, die Erfassung der verursachten Kohlenstoffemissionen und die Umstellung auf alternative Rohstoffe.

Eine Möglichkeit, wie die Industrie die Nachhaltigkeit in der Zementproduktion verbessern möchte, besteht darin, Effizienzsteigerungen anzustreben.

Das britische Startup Carbon Re will den Treibstoffverbrauch durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen optimieren. Eines der Hauptprobleme der Branche ist die Brennstoffverschwendung, so Aidan O'Sullivan, Mitbegründer von Carbon Re. Er sagte, dass unterschiedliche Kohlequalitäten dazu führen, dass die meisten Produzenten oft zu viel davon für die Klinkerproduktion verwenden.

Das Startup analysiert den tatsächlichen Kraftstoffverbrauch einer Reihe von Herstellern, um seinen maschinellen Lernalgorithmus so zu trainieren, dass er den optimalen Kraftstoffbedarf für eine bestimmte Kraftstoffquelle und ein bestimmtes Produktionsziel vorhersagt. „Wir wollen den Kraftstoffverbrauchsprozess optimieren, sodass gerade genug Energie verbraucht wird, um die benötigte chemische Reaktion durchzuführen“, sagte er.

Kleine Verbesserungen können zu einem beträchtlichen Emissionseffekt führen. „Eine Kraftstoffeinsparung von 2 % bedeutet, dass pro Anlage Zehntausende Tonnen Kohlenstoff eingespart werden“, sagte O'Sullivan. Er fügte hinzu, dass die Entwicklung auch weitreichendere Auswirkungen habe: „Es besteht eine große Chance, KI in der Schwerindustrie einzusetzen, wo ihr Beitrag 20 % der CO2-Emissionen ausmacht.“

Andere wollen die Kraftstoffart komplett ändern. Cemex, einer der weltweit größten Zementhersteller, hat mit dem in der Schweiz ansässigen Unternehmen Synhelion zusammengearbeitet, um Klinker mithilfe von Solarenergie anstelle von Kohle herzustellen. Im vergangenen Jahr gaben die beiden Unternehmen an, dass ihr Versuchsprojekt in Spanien Klinker ohne fossile Brennstoffe produziert habe.

Bei diesem Ansatz konzentrieren Spiegel das Sonnenlicht auf den Solarreceiver von Synhelion, der zum Erhitzen eines Ofens auf etwa 2.700 Grad Fahrenheit verwendet wird, um einen Klinker ohne fossile Brennstoffe herzustellen. „Wir eliminieren die Verbrennung fossiler Brennstoffe und verfügen gleichzeitig über Hochtemperaturwärme“, sagte Gianluca Ambrosetti, Co-Geschäftsführer und Mitbegründer von Synhelion.

Die beiden Unternehmen arbeiten derzeit daran, zu prüfen, ob der Prozess in einem kontinuierlichen Zyklus durchgeführt werden kann, indem dem Prozess thermische Energiespeicher hinzugefügt werden. Ziel ist es, bis 2030 solarbetriebenen Klinker kommerziell herzustellen.

Synhelion möchte sein Modell auch um die Kohlenstoffabscheidung erweitern, um das vom Kalkstein freigesetzte CO2 zu absorbieren und gleichzeitig die Emissionen aus der Verbrennung zur Wärmeerzeugung zu reduzieren.

Die Internationale Energieagentur betrachtet die CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung als Mittel zur Reduzierung der Emissionen für die Industrie, die Umsetzung erfolgt jedoch derzeit nur langsam. In ihrem Szenario „Netto-Null-Emissionen bis 2050“ sagt die IEA: „Bis 2030 müssen weltweit 8 % des CO2 aus diesem Sektor gespeichert werden, gegenüber den heute vernachlässigbaren Werten.“ Allerdings sind die Fortschritte beim Einsatz und bei den Investitionen in diesem Bereich bisher begrenzt, da sich diese Technologien heute noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium befinden.“

Heidelberg Materials, einer der weltweit größten Zementhersteller, will das ändern. Heidelberg baut derzeit neben seinem Werk im norwegischen Brevik eine Anlage zur CO2-Abscheidung und -Speicherung. Ziel ist es, bis Ende nächsten Jahres mit der Erfassung der Emissionen aus der Produktion zu beginnen, wobei die Kapazität bei vollem Betrieb etwa 400.000 Tonnen pro Jahr betragen kann. Es wäre die weltweit erste groß angelegte CO2-Abscheidungsanlage in einem Zementwerk.

Heidelberg hat sich für das sogenannte Amine Capture entschieden, bei dem chemische Lösungsmittel eingesetzt werden, um CO2-Emissionen durch eine chemische Reaktion einzufangen und zu absorbieren. Anschließend wird das CO2 verflüssigt und von einer neuen Partnerschaft aus Shell, Total und Equinor verschifft, um es unter dem Meeresboden in der Nähe der Stadt Bergen zu speichern.

„Wenn wir uns die Art und Weise der Dekarbonisierung ansehen, ist dies im Grunde ein großer Hebel in der [Zement-]Industrie“, sagte Christoph Beumelburg, Kommunikationsdirektor bei Heidelberg. „Wenn Sie diese Emissionen bekämpfen wollen, ist CCUS eine Technologie, die wir uns ansehen müssen“, fügte er hinzu.

Eine weitere Idee, die die Branche verfolgt, besteht darin, auf traditionelle Materialien gänzlich zu verzichten und so den Klinkerprozess zu vermeiden.

Das in Delaware ansässige Unternehmen Partanna verzichtet auf Portlandzement als Bindemittel und setzt stattdessen auf natürliche Chemikalien. Das 2020 vom ehemaligen National Basketball Association-Spieler Rick Fox mitgegründete Unternehmen nutzt eine Kombination aus Sole aus Entsalzungsanlagen und Abfallprodukten aus der Stahlproduktion, sogenannte Schlacke, um eine neue Form von Zement herzustellen.

„Wir nehmen die Schlacke und die Sole, zwei recycelte Materialien, fügen sie zusammen und mischen sie bei Umgebungstemperatur, sodass wir nicht die überschüssige Wärme benötigen, die zur Herstellung von Zement verwendet wird“, sagte Fox. Der Prozess erzeugt nicht nur einen alternativen Zement, sondern absorbiert auch Kohlendioxid, wenn die beiden Materialien reagieren.

Partanna sagt, dass der neue Zement genauso stark ist wie die traditionelle Portlandform und da er Sole als Rohmaterial verwendet, wird er stärker, wenn er Meerwasser ausgesetzt wird – eine besonders nützliche Eigenschaft für Deiche, Hochwasserschutz und Mauern in Gebieten, die von Sturmfluten oder Sturmfluten betroffen sind Hurrikane.

Der auf den Bahamas geborene Fox sagte, die Auswirkungen des Hurrikans Dorian im Jahr 2019 auf seine Heimatinseln hätten den Bedarf an stärkeren Baumaterialien in ärmeren Regionen, die anfälliger für die Auswirkungen des Klimawandels seien, deutlich gemacht. „Mein Interesse wurde durch meine persönlichen Überlebensbemühungen als Bahamaser geweckt, weil ich verstehen wollte, wo auf der Welt wir uns in Bezug auf die Auswirkungen des Klimas befinden.“

Partanna arbeitet derzeit mit der Regierung der Bahamas zusammen, um mit ihrem Zement 1.000 erschwingliche Häuser zu bauen, und führt außerdem Gespräche mit einem Hotelier aus Las Vegas, um ihren Zement für ein neues Projekt bereitzustellen.

Schreiben Sie an Yusuf Khan unter [email protected]

Erschien in der Printausgabe vom 25. August 2023 mit dem Titel „Unternehmen wollen umweltfreundlicheren Zement herstellen.“

Systeme zur Verfolgung mehrerer Aspekte der Talenterfahrung können Führungskräften dabei helfen, zu verstehen, wie effektiv sie Diversitäts-, Gleichberechtigungs- und Inklusionsmaßnahmen fördern – ein erster Schritt zu Verantwortung und Fortschritt.

Das Gesetz von New York City zielt darauf ab, Einstellungspraktiken zu bekämpfen, die den Einsatz von KI-Tools beinhalten. Dies ist eines der jüngsten Signale dafür, dass Führungskräfte über eine Überarbeitung ihrer KI-Regulierungsstrategien nachdenken sollten.

Elektrizitätsunternehmen stehen vor einem Kostendilemma: Wie können sie ihre Dekarbonisierungsziele trotz steigender Kosten und langsamem Nachfragewachstum erreichen? Acht Strategien können dazu beitragen, die Rechnung für Investitionen in die Energiewende zu verbessern.

Die Nachrichtenabteilung des Wall Street Journal war an der Erstellung dieses Inhalts nicht beteiligt.

Erhöhte EffizienzNeue KraftstoffeKohlenstoffabscheidungNeue Materialien