Bei der Zementherstellung wird ein wesentlicher Teil thermischer Energie für das Brennen des Zementklinkers im Drehrohrofen aufgewendet. Heutzutage werden parallel zu den fossilen Brennstoffen Ersatzbrennstoffe (EBS) eingesetzt, die erstere substituieren. Die Zementhersteller streben eine Erhöhung des EBS-Anteils an, um ihre Wettbewerbssituation zu sichern bzw. zu verbessern. Neben wirtschaftlichen sind insbesondere auch ökologische Vorteile zu nennen. So kann der Einsatz von EBS etwa zur Verminderung klimarelevanter CO₂-Emissionen beitragen.
Ziel des Forschungsprojektes war es, diejenigen Brennstoffpartikel im EBS zu identifizieren, die nicht vollständig in der Flamme verbrennen, im Klinkerbett umgesetzt werden und dabei potenziell die Ausbildung der Klinkerphasen beeinträchtigen können, z.B. durch lokal reduzierende Brennbedingungen. Dabei sollten deren Wechselwirkungen mit dem Klinker genauer untersucht werden. Basierend darauf sollten Empfehlungen zur EBS-Qualität und Erhöhung des EBS-Einsatzes erarbeitet werden.
Im Projekt wurde ein repräsentatives Bild der in Deutschland eingesetzten EBS erstellt und mittels CFD-Simulation die Auftreffschwerpunkte und Eigenschaften von EBS-Partikeln in einer typischen Ofenanlage ermittelt. Erstmals wurde eine Methode entwickelt, mit der der Umsatz von Brennstoffpartikeln im Klinkerbett in einem Laborofen simuliert werden kann. Mittels eines ausführlichen Laborprogramms wurde das Verständnis der Abläufe und Zusammenhänge deutlich erweitert. Als ungünstig einzustufende Brennstoffpartikel und Sinterzeiten wurden anhand einer Bewertung der Klinker-Qualitätsparameter identifiziert. Bei einem Werksversuch und begleitenden CFD-Simulationen wurde dies weitgehend bestätigt. Es wurde ein Tool entwickelt und bereitgestellt, mit dem sich die Flugweite von EBS-Partikeln berechnen lässt, um gezielt Optimierungen durchführen zu können.
Betreiber von Zementwerken werden dadurch Erkenntnisse und ein Werkzeug an die Hand gegeben, um den EBS-Einsatz ohne negative Auswirkungen auf die Produktqualität weiter erhöhen zu können.
