polysius® pure oxyfuel – Ein Baustein zu einer klimaneutralen Zementproduktion

engineering. tomorrow. together. Bei thyssenkrupp ist das mehr als nur ein Claim. Jeden Tag forschen und entwickeln unsere Ingenieur:innen über Abteilungen und Branchen hinweg an den Innovationen von Morgen. Viele davon sind patentiert. So auch das polysius® pure oxyfuel Verfahren von thyssenkrupp, was die Zementindustrie nachhaltiger macht.

Die Zementindustrie hat ein Problem: Sie verursacht ca. sieben Prozent der weltweiten CO₂-Emmissionen. Um den wertvollen Baustoff langfristig nachhaltiger zu machen, bedarf es neuer Lösungen. Das Oxyfuel-Verfahren von thyssenkrupp ist eine davon und ermöglicht es die klimaschädlichen CO₂ Emissionen in der Zementproduktion kosteneffizient aufzukonzentrieren, abzuscheiden und weiterverwenden zu können.

Mit dem Oxyfuel-Verfahren möchten unsere Expert:innen das CO₂ in möglichst reiner Form bereitstellen. Dabei haben die Ingenieur:innen die Perspektive gewechselt und das eigentlich klimaschädliche Treibhausgas als Rohstoff betrachtet, der idealerweise bei der Erzeugung neuer Produkte und zur Erzeugung von synthetischen Brennstoffen Verwendung findet. 

Mit dem Oxyfuel-Verfahren CO₂ einfangen, wo es entsteht

„Bei der Produktion von Zement entstehen das schädliche Klimagas CO₂ bei der Kalzinierung und bei der Verbrennung“, erklärt Jost Lemke. Bei der Herstellung von Zementklinker ist die Freisetzung von CO₂ unvermeidbar, da das Gas nicht nur aus dem Umsatz des genutzten Brennstoffes resultiert, sondern aus dem – für die Zementproduktion essenziellen – Kalkstein, der bei der Kalzinierung freigesetzt wird. „Die Innovation von thyssenkrupp liegt darin, das CO₂ nicht einfach auszustoßen, sondern in konzentrierter Form abzutrennen, aufzukonzentrieren und so nutzbar zu machen“, so Lemke.

Oxyfuel - Reiner Sauerstoff ersetzt die Luft im Ofen

Aber wie funktioniert das? Jost Lemke erklärt: „Im bisher üblichen Klinkerbrennprozess wird Sauerstoff aus der zugeführten Umgebungsluft verwendet. Der Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft liegt bei etwa 21 %. Durch die Nutzung der Umgebungsluft wird insbesondere Stickstoff ins System eingebracht, so dass der Anteil des CO₂ im Abgas lediglich bei ca. 25% - 30% liegt.“

Durch die Zuführung von reinem Sauerstoff mit dem polysius® pure oxyfuel Verfahren entfällt der Luftstickstoff im Klinkerbrennprozess. Das Gasvolumen reduziert sich erheblich und ermöglicht eine hohe Konzentration des CO₂ im Abgas, so dass nahezu 100 % des klimaschädlichen Kohlendioxids konzentriert abgeschieden werden können“, ergänzt Dr. Markus Sauer, Head of Integrated Plant Proposals bei thyssenkrupp Polysius. „Eine aufwändige Gasrezirkulation, wie beim Oxyfuel Verfahren der ersten Generation angedacht, kann hier entfallen. Dies führt zu insgesamt reduzierten Investitions- und Betriebskosten für das polysius® pure oxyfuel Verfahren“, so Sauer.

Anstatt das CO₂ in die Atmosphäre auszustoßen, wird es separiert, gelagert oder für andere Industrien nutzbar gemacht. C0₂ kann als Rohstoff zur Herstellung von sogenannten „Refuels“ genutzt werden. Eine weitere wichtige Besonderheit des Verfahrens ist, dass es sowohl beim Neubau von Zementwerken als auch beim Umbau bestehender Anlagen implementiert werden kann. Für die Zementindustrie ist das ein erster großer Schritt in Richtung grüner Transformation.

Grün und rentabel mit Oxyfuel

Um die Oxyfuel Potentiale voll ausschöpfen zu können, forschen die Ingenieur:innen der Business Unit Polysius von thyssenkrupp kontinuierlich an der Technologie. „Seit der ersten Idee, haben wir viele neue Ansätzen entwickelt, um das Oxyfuel-Verfahren effizienter zu gestalten und noch leichter in das Gesamtsystem der Zementproduktion zu integrieren“, so Jost Lemke und Eike Willms.

Klimafreundlich im semi-industriellen Maßstab

Der nächste Schritt? „Die von den vier Zementherstellern Buzzi Unicem SpA - Dyckerhoff GmbH, HeidelbergCement AG, SCHWENK Zement GmbH & Co. KG und Vicat S.A. gegründete Forschungsgesellschaft „CI4C“ – Cement Innovation for Climate hat die Business Unit Polysius vor wenigen Monaten mit dem Bau einer polysius® pure oxyfuel Ofenanlage auf dem Gelände des Zementwerks in Mergelstetten in Süddeutschland beauftragt“, erklärt Dr. Markus Sauer. „Aktuell läuft die Abwicklung dieses Prototyps, um unsere polysius® pure oxyfuel Technologie weiter nach vorne zu treiben.“