So will ein Zementwerk fast eine halbe Million Tonnen CO₂ verschwinden lassen

Prof. Oliver Zielinski, Dr. Torsten Brinkmann (Hereon), Lisa Büscher (Holcim Deutschland) und Patrick Schiffmann (Cool Planet Technologies) nehmen die neue Membrananlage im Zementwerk Höver in Betrieb. (v. l. n. r.)

Foto: Hereon/Rabea Osol

Zement ist aus dem modernen Bauen kaum wegzudenken. In Beton steckt er in Gebäuden, Brücken, Tunneln und Straßen. Gleichzeitig entsteht bei seiner Herstellung CO₂, das sich nicht vollständig durch effizientere Öfen oder klimafreundliche Brennstoffe vermeiden lässt. Ein Teil der Emissionen entsteht nämlich direkt beim Brennen des Kalksteins.

Im Zementwerk Höver bei Hannover geht nun eine neue Technik dieses Problem an. Holcim hat dort gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Hereon und Cool Planet Technologies eine Anlage zur CO₂-Abscheidung in Betrieb genommen. Sie trennt zunächst voraussichtlich bis zu 10.000 t CO₂ pro Jahr aus dem Abgasstrom des Werks ab. Perspektivisch soll die Technologie rund 90 % der CO₂-Emissionen des Standorts erfassen – bei den von Holcim angegebenen rund 500.000 t jährlichen Emissionen wären das knapp 450.000 t CO₂.

Warum Zement überhaupt so viel CO₂ verursacht

Das Problem steckt zu einem großen Teil im Kalkstein. Für die Herstellung von Zementklinker erhitzt Holcim Kalkstein auf etwa 1450 °C. Dabei zerlegt sich Calciumcarbonat in Calciumoxid und Kohlendioxid. Das CO₂ entsteht also nicht nur durch den Brennstoff, der den Ofen auf Temperatur bringt, sondern bereits durch die chemische Reaktion des Rohstoffs.

Selbst ein Zementwerk, das seinen Ofen künftig vollständig mit erneuerbaren Energien betreiben würde, könnte diese Prozessemissionen deshalb nicht vollständig vermeiden. Genau hier setzt die CO₂-Abscheidung an. Das Umweltbundesamt sieht die verbleibenden Prozessemissionen als besondere Herausforderung für die Dekarbonisierung der Zementindustrie. Verfahren zur Abscheidung und anschließenden Nutzung oder Speicherung von CO₂ können hier eine Rolle spielen.

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Für die Baubranche ist das relevant, weil sich die Emissionen der Zementherstellung unmittelbar in der Klimabilanz von Beton und damit von Bauwerken niederschlagen. Je weniger CO₂ bei der Herstellung des Bindemittels entsteht, desto geringer fällt auch der CO₂-Fußabdruck des daraus hergestellten Betons aus.

Eine Membran filtert das CO₂ heraus

In Höver kommt kein klassisches chemisches Waschverfahren zum Einsatz. Stattdessen leitet die Anlage das Abgas durch spezielle Membranen, die Kohlendioxid schneller passieren lassen als andere Bestandteile des Gasgemischs. So trennt sie das CO₂ vom übrigen Abgas.

Entscheidend für ein bestehendes Zementwerk: Die neue Technik sitzt hinter dem eigentlichen Produktionsprozess. Der Drehrohrofen und die Klinkerproduktion müssen dafür nicht ersetzt werden – die CO₂-Abscheidung bildet eine zusätzliche Stufe in der Abgasbehandlung. Holcim spricht deshalb von einer nachrüstbaren Lösung für bestehende Zementwerke.

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Das macht das Verfahren für die Branche interessant, denn die Dekarbonisierung bei der Produktion von Zement wird nicht nur über neue Werke funktionieren. Ein Großteil der vorhandenen Anlagen wird weiterproduzieren und müsste entsprechend umgerüstet werden.

10.000 t sind erst der Anfang

Die jetzt gestartete Anlage ist allerdings noch weit von der angestrebten Größenordnung entfernt. 10.000 t entsprechen nur einem kleinen Teil der rund 500.000 t, die das Werk jährlich insgesamt emittiert. Das Projekt ist deshalb vor allem ein Skalierungstest. Holcim, Hereon und Cool Planet Technologies wollen herausfinden, ob die Membrantechnik nicht nur im kleineren Pilotmaßstab funktioniert, sondern auch unter den Bedingungen eines laufenden Zementwerks zuverlässig arbeitet.

Der erste Versuch in Höver liegt bereits einige Jahre zurück. 2022 testeten die Partner die Membrantechnologie am Standort erstmals unter realen Bedingungen. Jetzt folgt der nächste Entwicklungsschritt mit einer deutlich größeren Anlage.

„Höver wird einer der ersten Industriestandorte in Deutschland sein, an dem CO₂ real und im größeren Maßstab abgeschieden wird“, sagt Stephan Hinrichs von Holcim.

Die letzte große CO₂-Hürde

Wenn die Technik funktioniert, könnte sie einen großen Teil der Prozessemissionen direkt am Werk erfassen. Für die Zementindustrie wäre das ein erheblicher Schritt. Maßnahmen wie ein geringerer Klinkeranteil, alternative Brennstoffe und eine effizientere Produktion reduzieren zwar Emissionen – die beim Entsäuern des Kalksteins entstehenden Emissionen bleiben davon aber unberührt. Die CO₂-Abscheidung könnte dort ansetzen, wo diese anderen Maßnahmen an ihre Grenzen stoßen.

Die Aufgabe endet allerdings nicht mit der Abscheidung. Das konzentrierte CO₂ muss anschließend aufbereitet und entweder genutzt oder dauerhaft gespeichert werden. Holcim verfolgt für das in Höver abgeschiedene CO₂ eine Nutzung als Rohstoff für weitere industrielle Prozesse. Die Anlage soll nach der ersten Demonstrationsphase weiter am Standort laufen und CO₂ für ein entsprechendes Nutzungsprojekt bereitstellen.

Vom Zementwerk zur Shampoo-Flasche

Das abgeschiedene CO₂ soll dabei nicht zwangsläufig unter der Erde verschwinden. Laut NDR kommen auch andere Industrien als mögliche Abnehmer infrage. So könnte das aufbereitete CO₂ beispielsweise für die Herstellung von Kunststoffen genutzt werden, etwa für Shampoo-Flaschen. Procter & Gamble ist wie Holcim an einem EU-Projekt beteiligt, das die Abscheidung und Weiterverarbeitung von CO₂ untersucht.

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Auch der Transport des abgeschiedenen CO₂ soll konkret werden: Laut NDR soll bereits im März 2027 der erste Tankwagen zu Partnerindustrien rollen. Werksleiter Florian Trela fasst den Ansatz so zusammen: „Wir sehen CO₂ als Rohstoff der Zukunft.“

Damit entsteht hinter dem Zementwerk eine zusätzliche Prozesskette. Mit steigenden Abscheidemengen werden Infrastruktur sowie geeignete Abnehmer oder Speicher zunehmend wichtiger. Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft sieht Deutschland beim Aufbau eines entsprechenden CCUS-Markts noch am Anfang. Gerade für die Zement- und Kalkindustrie mit ihren prozessbedingten Emissionen könnten solche Systeme aber eine wichtige Rolle spielen.