Klimafreundlicher Zement

Zement

Kohlendioxid ist das wohl bedeutendste unter allen Klimagas. Bezogen auf die Gesamtmenge der anthropogenen Treibhausgasemissionen ist CO2 in hohem Maße vertreten. Etwa 60 Prozent des vom Menschen verursachten Treibhauseffekts sind auf CO2-Emissionen zurückzuführen. Den größten Anteil an diesen Emissionen trägt dabei der Energiesektor. Denn Kohlendioxid entsteht fast ausschließlich bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern zur Erzeugung von Strom und Wärme. Auch der Verkehrssektor, sowie Industrieprozesse tagen einen nicht unerheblichen Teil zu den CO2-Emissionen bei.

Deutlich weniger bekannt ist, dass auch im Bereich Steine und Erden hohe Emissionen an Kohlendioxid entstehen. Hier vor allem durch die Brennvorgänge, die zur Zement- und Baustoffherstellung nötig sind. Rund fünf Prozent des globalen CO2-Ausstoßes entfallen alleine auf die Herstellung von Zement. Das liegt daran, dass Kalk, der Hauptbestandteil von Zement, bei der Gewinnung hohe CO2-Mengen freisetzt. Um Kalk zu gewinnen, wird Kalkstein auf 1.500 Grad Celsius erhitzt, wobei sich das im Kalkstein enthaltene Kalziumoxid in Kalk und Kohlendioxid aufspaltet. Etwa 60 Prozent des bei der Zementherstellung freigesetzten Kohlenstoffdioxids ist auf diesen Prozess zurückzuführen, die übrigen 40 Prozent entstammen dem Einsatz fossiler Brennstoffe in den Kalköfen. Um die Zementproduktion klimafreundlicher zu gestalten, reicht es daher nicht aus, lediglich die Heizenergie aus erneuerbaren Energien bereitzustellen. Vielmehr ist ein neues Verfahren zur Kalkgewinnung nötig, um die Emissionen zu senken.

Forschern der George Washington University um den Chemiker Stuart Licht haben jetzt einen anderen chemischen Weg eingeschlagen, um Kalksteinen den Kalk auf klimaschonende Art zu entlocken. Hierzu wird Kalziumkarbonat zunächst bei 900 Grad Celsius geschmolzen und anschließend mit flüssigem Lithiumkarbonat gemischt. Das gesamte Gemisch wird unter Spannung gelegt, was zu einer Elektrolyse führt. Hierbei entfällt Kalziumoxid als fester Stoff und CO2. Während das Kalziumoxid nun aus der Schmelzer herausgeholt werden kann, hat sich das CO2 in der Elektrolyse in Sauerstoff und Kohlenstoff beziehungsweise Kohlenmonoxid gespalten und kann chemisch weiterverarbeitet werden. Übrigens: Je höher die Arbeitstemperatur – Kalziumkarbonat fällt nur bei hohen Temperaturen aus – desto weniger Energie muss letztendlich aufgewendet werden. Bei der kleinen Pilotanlage liefern drei Fresnel-Linsen die nötige Energie. Die ringförmigen Glasscheiben mit konzentrischen Vertiefungen bündeln das einfallende Sonnenlicht. Zwei der Linsen sind dabei für die Erwärmung des Kalkstein-Lithiumkarbonat-Gemisches verantwortlich, während die dritte Linse die unter ihr befindliche Solarzelle mit gebündeltem Sonnenlicht speist. Sie sorgt für die nötige elektrische Spannung des Elektrolyseprozesses.

Obwohl nach Meinung von Licht die Zementproduktion nicht nur im Hinblick auf die CO2-Emissionen günstiger werden könnten, sondern sich Zement hiermit auch billiger produzieren ließe, taugt das Verfahren bislang (noch) nicht zur industriellen Kalkproduktion. Sie ist nur bei Sonnenschein nutzbar, die Kalkproduktion müsste aber rund um die Uhr laufen. Eine Lösung könnte geschmolzenes Salz bieten. Das könnte als Energiespeicher dienen, wie es bereits in solarthermischen Kraftwerken Verwendung findet und Zementfabriken einen vom Sonnenschein unabhängigen Betrieb ermöglichen.

Judith Schomaker

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