Solarthermische Kraftwerke
Zement mit Solarenergie produzieren

Im Forschungsvorhaben CemSol entwickelt und demonstriert ein Wissenschaftsteam eine solar beheizte Kalzinierungsanlage, um Zement herzustellen. Während dieses Prozesses entsteht Kohlendioxid, das zunächst abgetrennt und danach in einem Kalkkreislauf gebunden werden soll.

Bei der Produktion von Zement wird aus Kalkstein (Calziumcarbonat CaCO₃) Kohlendioxid (CO₂) herausgelöst, um Kalk (Calziumoxid CaO) herzustellen. Kalk ist eines der Basismaterialien, aus denen Zement produziert wird. Der Vorgang findet in einem Reaktor, dem Kalzinator statt. Das herausgelöste CO₂ entweicht in den meisten derzeit in Betrieb befindlichen Zementwerken in die Atmosphäre. Der gesamte Prozess der Zementproduktion benötigt sehr hohe Temperaturen - über 1.000 Grad Celsius - und gehört zu den sehr energie- und emissionsintensiven Verfahren. In der Regel wird die erforderliche Prozesswärme durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe gewonnen, wobei ebenfalls CO₂ entsteht.

Hier setzt das Projekt CemSol an, kurz für „Solare Produktion von Zement mit integrierter CO₂ -Abscheidung“. Das Wissenschaftsteam entwickelt ein Verfahren, bei dem der Drehrohrofen ausschließlich solar befeuert wird. Die durch Sonnenenergie erzeugte Hitze von über 1.000 Grad Celsius wird in einem solarthermischen Kraftwerk produziert. So wird ein Teil der CO₂-Emissionen, welche beim Verbrennen von fossilen Brennstoffen entsteht, reduziert. Das aus dem Kalkstein freigesetzte CO₂ kann weiterverwendet oder gespeichert werden, beispielsweise als Rohstoff in der chemischen Industrie. Ziel ist es, die technische und ökonomische Machbarkeit im industriellen Maßstab zu untersuchen.

Kalkkreislauf speichert CO₂ Emissionen

Konkret planen die Forscherinnen und Forscher einen sogenannten Kalkkreislauf. Dabei wird in einem ersten endothermen (energieverbrauchenden) Prozess Zementrohmehl, das hauptsächlich aus Kalkstein besteht, im solar betriebenen Drehrohrofen kalziniert. Anschließend durchläuft ein Teil des entstandenen Kalks eine exotherme (wärmeabgebend) Rückreaktion. Bei dieser wird CO₂ aus dem Abgas des Zementwerks wieder in Kalkstein gebunden und der Kreislauf geschlossen.

Demoanlage des Kalzinators entwickeln und testen

Ein wichtiger Meilenstein des Projekts CemSol besteht darin, eine Demonstrationsanlage des Reaktors zu entwickeln und aufzubauen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler starten zunächst damit, den solar betriebenen Kalzinator zu konzipieren, auszulegen und die Komponenten hinsichtlich ihrer thermischen und mechanischen Stabilität zu prüfen. Zudem soll im Probebetrieb die Effizienz der Anlage bestimmt werden. Ziel ist es, die gewonnenen Ergebnisse für die Simulationen großer Anlagen im industriellen Maßstab zu nutzen. (mm)