Die Baustoffindustrie verursacht etwa ein Viertel der globalen Treibhausemissionen, sie gehört damit zu den größten CO₂-Verursachern. Besonders die Produktion von Zement oder Kalk ist nicht nur energie-, sondern vor allem emissionsintensiv: Abgase aus Zementwerken haben einen CO₂-Gehalt von bis zu 33 Prozent, die aus Kalkwerken oft mehr als 40 Prozent.

Um Kalk als Baustoff nutzen zu können, muss er zunächst gebrannt werden. Dabei entsteht ein Großteil der CO₂-Emissionen im gesamten Herstellungsprozess. 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

An einer umweltfreundlichen Lösung arbeiten Forschende des Fraunhofer IKTS in Hermsdorf: „Im Projekt Grüner Kalk entwickeln wir gemeinsam mit unseren Partnern eine Anlage für die klimaneutrale Herstellung von Kalk“, erklärt Chemiker und Projektleiter Dr. Benjamin Jäger. Die Idee ist, 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 kombiniert das Team 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.

Emissionen im Kalkwerk drastisch reduzieren

„Dank unserer Technologie reduzieren wir nicht nur drastisch die Emissionen im Kalkwerk, wir gewinnen gleichzeitig neue Rohstoffe“, fasst Benjamin Jäger zusammen. „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.

Bild oben: Dank einer neuen Anlage des Fraunhofer IKTS lässt sich Kalk künftig klimaneutral herstellen. Foto: Timo Lutz / Team für Industriefotografie