Zement gehört weltweit zu den wichtigsten Baustoffen. Unerlässlich als Bindemittel für die Herstellung von Beton und Mörtel ist Zement mit einer Weltproduktion von über 4 Milliarden Tonnen jährlich der am meisten verwendete Werkstoff überhaupt. Allerdings ist seine Herstellung sehr energieintensiv, darüber hinaus wird beim Produktionsprozess eine große Menge Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Dieses ist im Kalkstein, einem wichtigen Rohstoff für die Zementproduktion, chemisch als Karbonat gebunden. Kohlenstoffdioxid, aus fossilen Brennstoffen oder Gestein freigesetzt, ist hauptverantwortlich für den zunehmenden Treibhauseffekt und die damit verbundene globale Erwärmung und den Klimawandel.
Wie wird Zement hergestellt?
Wichtigster Ausgangsstoff der Zementherstellung ist Calciumcarbonat, welches in der Natur etwa als Kalkstein vorkommt. Weitere wesentliche Ausgangsstoffe für die Herstellung sind Siliciumdioxid aus Quarzsand, Aluminiumoxid aus Tonerde, sowie Eisenoxid. In einem Zementwerk werden die Rohstoffe üblicherweise in einer Wälz- oder Kugelmühle zu sogenanntem Rohmehl vermahlen und anschließend durch Sintern zu Zementklinker verarbeitet. Bei diesem Prozess wird das Rohmaterial auf 1400 bis 1450 °C erhitzt, wodurch es teilweise verschmilzt. Der Sinterprozess findet heutzutage meist in einem Drehofen statt, welcher einen kontinuierlichen Produktionsprozess erlaubt. Die Brennöfen werden häufig mit Öl oder auch Kohlenstaub befeuert, der Rohmehltransport erfolgt pneumatisch. Für die Erzeugung der dafür nötigen Druckluft kommen meist Schraubenverdichter für die Zementindustrie zum Einsatz. Der fertig gebrannte Zementklinker wird anschließend gekühlt und in ein Klinkerlager verbracht. Danach wird er in einer Zementmühle zu besonders feinem Zement gemahlen. Je nach Zementart werden dabei mitunter noch weitere Komponenten wie Gips oder Anhydrid beigemischt. Zuletzt wird der fertige Zement in einem Silo gelagert, von wo aus er lose verladen oder verpackt werden kann.
Zementproduktion, CO2 und das Klima
Früher galten Zementwerke durch ihre immensen Abgas- und Staubemissionen als wahre Dreckschleudern. Dank moderner Filteranlagen konnten die Staubemissionen jedoch drastisch gesenkt werden, wodurch die Zementproduktion heutzutage sehr viel umweltfreundlicher ist. Ein bestehendes Problem ist allerdings das Kohlenstoffdioxid, kurz CO2, welches bei der Herstellung von Zement in großer Menge freigesetzt wird. Zu rund 45 Prozent werden diese CO2-Emissionen bei der Erzeugung der nötigen Energie für den Herstellungsprozess verursacht. Das ist zum einen elektrischer Strom aus fossilen Energieträgern, zum anderen die nötige Hitze für den Brennprozess im Drehofen, der mit fossilen Brennstoffen wie Schweröl oder Kohle befeuert wird. Hinzu kommen knapp 5 Prozent Emissionen durch den Transport von Rohstoffen und fertigem Zement. Etwa die Hälfte des CO2 stammt allerdings aus dem Herstellungsprozess selbst: Beim Sintern des Rohmehls wird das Calciumcarbonat (CaCO3) chemisch in Calciumoxid („Branntkalk“, CaO) umgewandelt („entsäuert“), wobei Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Alleine dadurch ergibt sich ein Ausstoß von wenigstens drei Milliarden Tonnen CO2 jährlich, das entspricht etwa 6-8 Prozent der gesamten CO2-Emissionen. Eine Tonne in Deutschland produzierter Zement besitzt durchschnittlich ein Treibhausgaspotential von 587 kg CO2-Äquivalenten.
Wie lässt sich der CO2-Ausstoß bei der Zementherstellung verringern?
Die Strategien zur Verringerung der Treibhausgas-Emissionen zielen zum einen auf die Energieproduktion und den Transport, zum anderen auf den Entsäuerungsprozess beim Brennvorgang. Möglichst minimierte Transportwege sollen CO2-Emissionen einsparen, ebenso wie eine höhere Energieeffizienz beim Produktionsprozess. Bei der Befeuerung der Drehöfen gibt es ein Einsparpotential durch klimaneutrale Brennstoffe, welche fossile Energieträger wie Öl und Kohle ersetzten könnten. Bereits heute werden vermehrt Sekundärbrennstoffe wie Hausmüll dafür eingesetzt. Ideal, allerdings technisch problematisch, wäre eine elektrifizierte Beheizung mit Strom aus erneuerbaren Energien. Für das beim Brennen des Zementklinkers entstehende Kohlenstoffdioxid gibt es die Möglichkeit der Abscheidung und Einlagerung (Carbon Capture and Storage, CCS) sowie der Weiternutzung in Industrieprozessen (Carbon Capture and Utilization, CCU).
