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Nachhaltiger Zement

Neue Prozessführung sorgt durch Energieeinsparung und Wertstoffrückgewinnung für eine ökologische und ökonomische Zementherstellung.

Blick in den Drehrohrofen: Mithilfe veränderter Prozessparameter wird die Reaktionstemperatur für die Kalzinierung und Belitbildung herabgesetzt und Energie eingespart. (Bild: Institut für Technische Chemie / KIT)

In Deutschland werden jährlich etwa 30 Millionen Tonnen Portland-Zement gebrannt – zu Lasten der Umwelt. Denn pro Tonne Zement werden beträchtliche Mengen Energie verbraucht und große Mengen Kohlendioxid (CO2) freigesetzt.

Stand der Technik

Zur Herstellung von Portland-Zement werden Kalkstein, Ton und Sand (Siliziumdioxid) vermischt und gemahlen. Dieses sogenannte Rohmehl wird bei etwa 800°C entsäuert und anschließend bei 1450°C im Drehrohrofen zu Zement gebrannt. Nach dem Abkühlen wird der entstandene Klinker (Tricalciumsilikat) mit Zumahlstoffen vermahlen und als hydraulisches Bindemittel eingesetzt. Beim Einsatz kalkärmerer Mischungen kann bei etwa 1250°C Belit-Zement (Dicalciumsilikat) gebrannt werden, der aber weniger reaktiv ist.

Technologie

Wissenschaftler des Instituts für Technische Chemie (ITC) am KIT arbeiten daran, die Zementherstellung ressourceneffizienter zu gestalten. Mithilfe von Ausgangstoffen, die Calciumcarbonat und Siliziumdioxid enthalten, sowie durch Zugabe eines Mineralisierungshilfsstoffs, wie Natriumcarbonat, wird die Reaktionstemperatur so weit herabgesetzt, dass in einer CO2-reichen Atmosphäre die Ausgangsstoffe bereits bei etwa 1000°C zu Dicalciumsilikat reagieren. Unter Einsatz von aluminiumhaltigen Ausgangsstoffen bilden sich während der Kalzinierungsreaktion mit Natriumcarbonat Natriumaluminate, die sich in Wasser lösen und unter Zugabe von CO2 als Aluminiumhydroxid ausgefällt und selektiv abgetrennt werden können, um daraus Aluminiummetall herzustellen. Das in der Waschlösung enthaltene Natriumhydroxid wird zu Natriumcarbonat umgesetzt und kann ebenfalls abgetrennt und wieder als Mineralisierungshilfsstoff bei der Kalzinierung verwendet werden. Der so entstehende Belit-Zement kann konventionellem Portland-Zement zugesetzt werden und so dessen CO2-Bilanz verbessern.

Vorteile

Die beschriebene Niedertemperatur-Dicalciumsilikat-Produktion verbraucht im Vergleich zur Kalksteinentsäuerung etwa 30 Prozent weniger Energie. Sie ist daher insbesondere als Ersatz von Calciumoxid in der Porenbeton- / Kalksandsteinproduktion interessant. Das neue Kalzinierverfahren ermöglicht neben der Herstellung von CO2-armen zementären Bindemitteln die Gewinnung von Aluminium aus Roh- und Reststoffen.

Optionen für Unternehmen

Die Prozessierung wurde labortechnisch erprobt. Das KIT sucht Partner zur Weiterentwicklung der Technologie, insbesondere in Hinblick auf die Skalierung für große Produktionsanlagen.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr. Rainer Körber, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25587

E-Mail: rainer.koerber@kit.edu

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