CLEANKER – CO₂-Abscheidung mittels integriertem Calcium Looping Prozess

Vorhersagen sehen die Abscheidung von CO₂ als entscheidenden Faktor, um die politisch angestrebten Klimaziele zu erfüllen. Die Zementproduktion ist nicht nur durch den thermischen Energiebedarf sondern auch durch die materialgebundenen CO₂-Emissionen eine CO₂-intensive Industrie. Aus diesem Grund werden derzeit viele Methoden der CO₂-Abtrennung wie die Oxyfuel- oder die Post Combustion-Technologien für die Zementindustrie erforscht (siehe CEMCAP-Projekt).

Eine ebenfalls erfolgversprechende Methode ist der Calcium Looping-Prozess, der bislang lediglich als nachträgliche Abtrennung von CO₂ aus dem Abgas betrachtet wurde. Die Technologie bietet besondere Potenziale für die Zementindustrie, da sie als Sorbens für CO₂ den Grundstoff CaO vorsieht, der neben SiO₂, Al₂O₃ und Fe₂O₃ ebenfalls Rohstoffkomponente im Zementrohmehl ist.
 

Das Konzept sieht im Detail einen sogenannten Karbonator vor, in dem CO₂ aus dem Ofenabgas durch die Karbonatisierung von CaO abgetrennt wird, sowie einen Oxyfuel betriebenen Kalzinator, in dem ein möglichst reiner CO₂-Strom generiert wird. Das CaO/CaCO₃ wird zwischen den Aggregaten im Kreislauf gefahren. Nach der Kühlung des CO₂-angereicherten Abgasstromes zur Wärmerückgewinnung wird dieser einer Aufbereitungsanlage übergeben. Dadurch können sowohl brennstoff- als auch materialbedingte CO₂-Emissionen abgetrennt werden.

Im Cleanker (CLEAN clinKER)-Projekt soll diese Technologie als integrierte Methode großtechnisch erprobt werden (Technology Readiness Level 7). Es wird angestrebt, in einer Demonstrationsanlage, welche an eine bestehende Ofenlinie des Werkes von Buzzi Unicem in Vernasca/Italien angeschlossen wird, 4.000 m3/h Abgas zu behandeln. Innerhalb der Testkampagne sollen zudem verschiedene Rohmaterialien auf ihre Eignung als CO₂-Sorbens getestet werden. So soll die Machbarkeit des integrierten Calcium Looping-Konzeptes bei gleichbleibender Zementqualität überprüft werden. Nach erfolgter Demonstration der Technologie wird eine technisch-wirtschaftliche Studie für bestehende Werke basierend auf einem Scale-Up der Resultate und der Modellierung dieses Prozesses durchgeführt. Durch das in den Klinkerbrennprozess integrierte Verfahren sollen folgende ambitionierte Ziele erreicht werden:

• CO₂-Abtrennung > 90%
• Anstieg des Elektroenergiebedarfs < 20%
• Spezifischer Primärbrennstoffbedarf zur CO₂-Abtrennung (SPECCA) < 2 MJ_LHV/kg_CO2
• Vermeidungskosten der CO₂-Abtrennung < 30 €/_tCO2
• Anstieg der Zementproduktionskosten < 25 €/_tZement     

Über die Demonstration der CO₂-Abtrennung hinaus wird zudem eine CO₂-Speicherung mittels Mineralisierung von abfallstämmigen Materialien untersucht.