Die Herstellung von Kalk ist emissionsintensiv. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickeln im thüringischen Hermsdorf einen Membranreaktor, der eine klimaneutrale Kalkproduktion ermöglicht und gleichzeitig neue Rohstoffe schafft.
Die Produktion von Zement oder Kalk ist nicht nur energie-, sondern auch emissionsintensiv: Abgase aus Zementwerken haben einen CO2-Gehalt von bis zu 33 Prozent, die aus Kalkwerken oft mehr als 40 Prozent. Forschende des Fraunhofer-IKTS wollen dies durch einen neuen Produktionsprozess ändern.
Um Kalk als Baustoff nutzen zu können, muss er zunächst gebrannt werden. Dabei entsteht ein Großteil der CO2-Emissionen. Für eine klimaneutrale Produktion genügt es daher nicht, lediglich das Brenngas zu substituieren oder einen elektrischen Ofen zu nutzen, da das CO2 aus dem Material selbst freigesetzt wird.
Klimaneutraler Kalk aus dem Membranreaktor
Die Idee des Teams am Fraunhofer IKTS besteht darin, das im Kalkbrennprozess entstehende CO2 nicht mehr auszustoßen, sondern direkt zu nutzen: Mithilfe von grünem Wasserstoff stellen die Forschenden aus CO2 Methan her, das dank einer Pyrolyse wiederum in Wasserstoff und wertvollen, elementaren Kohlenstoff (Carbon Black) zerlegt wird.
Dafür kombinieren die Forschenden einen eigens entwickelten Membranreaktor mit einem abgedichteten elektrischen Ofen, in dem die Freisetzung von CO2 aus dem Kalk stattfindet und dieses aufgefangen wird. Der für die Methanisierung notwendige Wasserstoff gelangt über eine druckgesteuerte Dosierung gezielt in den Reaktor für die chemisch-katalytische Reaktion zu Methan. Der Produktstrom wird anschließend getrocknet und pyrolisiert – das Methan wird also in Wasserstoff und Kohlenstoff gespalten. Der elementare Kohlenstoff lässt sich später etwa in der chemischen Industrie oder als Düngemittel in der Landwirtschaft nutzen, der freigesetzte Wasserstoff fließt wieder in den Kreislauf der Anlage.
Rohstoffgewinnung inklusive
„Dank unserer Technologie reduzieren wir nicht nur drastisch die Emissionen im Kalkwerk, wir gewinnen gleichzeitig neue Rohstoffe“, erklärt Chemiker und Projektleiter Dr. Benjamin Jäger. „Wir arbeiten damit nach dem Carbon Capture and Utilization (CCU)-Prinzip – scheiden also CO2 aus Industrieabgasen oder der Luft ab, um es als Rohstoff wiederzuverwerten.“
Bislang wird auf politischer Ebene ausschließlich die Entfernung von CO2 aus dem Kreislauf und seine langfristige Speicherung als Dekarbonisierung anerkannt. Jäger wünscht sich ein stärkeres Bewusstsein bei den politischen Entscheidungsträgern für das ökologische Potenzial von Technologien, die Kohlenstoff im Prozesskreislauf nutzen. Nur so könne sichergestellt werden, dass auch Branchen langfristig klimafreundlicher werden, in denen sich CO2-Emissionen systembedingt nicht vermeiden lassen.
Das Reaktorprinzip wurde bereits erfolgreich beim Projektpartner HySON – Institut für Angewandte Wasserstoffforschung Sonnenberg gGmbH erprobt, das Unternehmen Johann Bergmann GmbH & Co. führte die Neuentwicklung des elektrischen Ofens der Anlage an. Im nächsten Schritt möchten die Forschenden die Technologie gemeinsam mit Partnern im Industriemaßstab realisieren. Gefördert wurde das Projekt Grüner Kalk vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).
„Der von uns entwickelte Membranreaktor basiert auf den Kernkompetenzen des Fraunhofer IKTS in den Bereichen Werkstoffentwicklung, Anlagenkonzeption und Systemintegration. Die Technologie bietet nicht nur für die Kalkherstellung, sondern auch für Anwendungsfelder wie die Abfallwirtschaft und die Zementindustrie interessante Perspektiven“, betont Jäger. Weitere Informationen >>>