Klimaschutz

Die Herstellung einer Tonne Zement ist in Deutschland mit CO₂-Emissionen von rund 600 kg verbunden – ca. zwei Drittel davon entfallen auf rohstoffbedingte Prozessemissionen, nur ein Drittel auf Brennstoffemissionen. In Summe belaufen sich die CO₂-Emissionen der Zementindustrie hierzulande aktuell auf etwa 20 Mio. Tonnen, was etwa 2 % der nationalen CO₂-Emissionen entspricht. Doch wie entsteht das CO₂ im Zementherstellungsprozess?

Im ersten Schritt der Zementherstellung wird in Steinbrüchen der Kalkstein gewonnen, zerkleinert und anschließend im Drehrohrofen bei Temperaturen von 1450 °C zu Zementklinker gebrannt. Dabei bilden sich die chemischen Eigenschaften aus, die dem Zement seine Leistungsfähigkeit sowie dem späteren Beton seine hohe Stabilität verleihen. Während des Brennvorgangs entsteht prozessbedingtes CO₂ bei der Kalzinierung des Kalksteins zu Branntkalk, einer Vorstufe des Zementklinkers, nach folgender chemischer Reaktion: CaCO₃ → CaO + CO₂.

Seit 1990 hat die deutsche Zementindustrie ihre spezifischen Emissionen pro Tonne Zement um rund 22 % reduziert. Diese Fortschritte resultieren im Wesentlichen aus folgenden Maßnahmen:

• Steigerung der thermischen und elektrischen Energieeffizienz durch diverse verfahrenstechnische Verbesserungen
• Substitution fossiler durch alternative, biomassehaltige Brennstoffe mit geringerem CO₂-Fußabdruck
• Einsatz alternativer, bereits vorkalzinierter Rohstoffe
• Effizienter Einsatz des emissionsintensiven Zwischenproduktes Zementklinker im Zement

Konventionelle CO₂-Minderungsmaßnahmen werden jedoch künftig zusehends an Grenzen stoßen: So liegt der thermische Effizienzgrad von Zementwerken bereits heute nahe am verfahrenstechnischen Maximum, Fortschritte bei der elektrischen Energieeffizienz werden durch steigenden Strombedarf häufig überkompensiert - etwa durch die Nachfrage nach feiner gemahlenen Zementen, durch technisch aufwändigere Abgasfilterung oder durch CO₂-Minderungsmaßnahmen. Auch eine weitere Reduzierung des Klinkergehalts im Zement ist technisch möglich, aber in erheblichem Maße von der Verfügbarkeit geeigneter alternativer Rohstoffe wie Hüttensand, Flugasche oder gebranntem Ton abhängig. 

Gemessen am Ziel einer klimaneutralen Gesellschaft in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts wird die enorme Herausforderung für die Wertschöpfungskette Zement und Beton darin bestehen, sowohl energie- als auch prozessbedingte CO₂-Emissionen möglichst auf „Null“ zu senken. Dafür werden neben teils neuen, CO₂-effizienten Rohstoffen für die Klinker-, Zement- und Betonherstellung, vor allem neuartige Technologien erforderlich sein, durch die sich die Herstellungsprozesse und die Betonbauweise grundlegend verändern werden. Diese Zukunftslösungen gilt es „heute“ zu entwickeln, damit sie rechtzeitig im Industriemaßstab skaliert und wirtschaftlich eingesetzt werden können.

Neben den erläuterten „konventionellen“ Minderungsmaßnahmen forschen und arbeiten die Zementhersteller in Deutschland daher seit vielen Jahren intensiv an verschiedenen Ansätzen, um die CO₂-Intensität der Zementherstellung weiter deutlich zu reduzieren. Dabei müssen alle CO₂-Minderungspotenziale entlang der gesamten Wertschöpfungskette Klinker - Zement - Beton - Bauwerk - Abbruch einbezogen werden. Hierzu zählen vor allem:

• Der Einsatz innovativer, besonders CO₂-effizienter Zementarten wie CEM II/C und CEM VI und die hierfür notwendige Weiterentwicklung der Betontechnologie
• Der intelligente und ressourcenschonende Einsatz von Beton im Bauwerk
• Die CO₂-Aufnahme im Beton (Recarbonatisierung)
• Die Entwicklung neuartiger mineralischer Bindemittel
• Technologien zur CO₂-Abscheidung, -Transport und -Nutzung sowie -Speicherung  in geeigneten und sicheren geologischen Formationen

Im Bewusstsein der großen Herausforderung beim Klimaschutz arbeiten die deutschen Zementhersteller unter dem Dach des VDZ und der European Cement Research Academy seit Jahren mit Hochdruck daran, sowohl heute verfügbare Minderungsoptionen weiter zu verbessern also auch neue Technologien zu entwickeln. Dabei zeichnet sich ab, dass die CO₂-Abscheidung im Zementwerk und dessen anschließende Nutzung bzw. Speicherung (Carbon Capture & Utilization bzw. & Storage [CCU, CCS]) bei der Dekarbonisierung eine entscheidende Rolle spielen werden. Nach zahlreichen Studien und Forschungsvorhaben ist die Zementindustrie heute in der Lage, die CO₂-Abscheidung (u.a. Oxyfuel- oder Post-Combustion-Technologien) großtechnisch zu erproben. Weitere Möglichkeiten CO₂ im Herstellungsprozess abzuscheiden werden aktuell im Rahmen mehrerer Pilotprojekte in Europa getestet bzw. befinden sich in der Planung.

Ein weiterer Ansatz sind neuartige mineralische Bindemittel, die auf Basis einer anderen Rohstoffzusammensetzung und mit weniger Energieaufwand hergestellt werden könnten. Die Arbeiten hierzu befinden sich jedoch bislang im Entwicklungsstadium und es ist aus heutiger Sicht nicht zu erkennen, dass diese neuen Bindemittel in größerem Umfang Zemente ersetzen könnten. Dies liegt zum einen an der teilweise sehr begrenzten Verfügbarkeit der dafür notwendigen Rohmaterialien, zum anderen an den bautechnischen Eigenschaften, die sich zumindest aus heutiger Sicht nur für sehr spezifische Bauanwendungen eignen dürften. Hinsichtlich der CO₂-Bilanz müssen sich neue Bindemittel zudem mit innovativen Zementen wie CEM II/C oder CEM VI messen, die grundsätzlich bereits heute verfügbar und ebenfalls sehr CO₂-effizient sind und sich für ein wesentlich breiteres Einsatzspektrum eignen.

Die umfassende Dekarbonisierung der Wertschöpfungskette von Zement und Beton wird die Zementindustrie nicht alleine schultern können. Sie benötigt dafür die Unterstützung des Anlagenbaus und der Betonhersteller genauso wie die der bauausführenden Industrie sowie von Planern und Architekten. Daneben bedarf es auch geeigneter politischer Rahmenbedingungen, die eine wettbewerbsfähige Produktion CO₂-armer Zemente und Betone in Deutschland ermöglichen und gleichzeitig Märkte für diese Produkte entstehen lassen.

Dies gilt besonders für den breiten wirtschaftlichen Einsatz von CO₂-Abscheidungstechnologien im Zementwerk. Neben der technischen Machbarkeit bestehen hier viele weitere Voraussetzungen. Das Verfahren ist einerseits außerordentlich stromintensiv und damit teuer. Insofern bedarf es entsprechende Förderinstrumente, die einen wirtschaftlichen Betrieb in der Praxis ermöglichen. Andererseits wird es ohne die notwendige Infrastruktur – etwa für eine flächendeckend CO₂-freie Stromnutzung oder den Transport von CO₂ und Wasserstoff – nicht möglich sein, diese Transformation erfolgreich zu gestalten. Zu guter Letzt müssen auch die Menschen vor Ort, die Gesellschaft insgesamt bereit sein, die technischen und wirtschaftlichen Veränderungen mitzutragen und zu akzeptieren, damit die Transformation hin zu einer klimaneutralen Gesellschaft am Ende für alle ein Erfolg wird.