Das U.S. Department of Energy (Energieministerium der Vereinigten Staaten) hat 3,2 Millionen US-Dollar für das gemeinsame Projekt Solar MEAD von Cemex, Sandia National Laboratories und Synhelion bewilligt. Es hat die Dekarbonisierung der Zementproduktion zum Ziel hat.
Klinker ist ein Hauptbestandteil von Zement. Dessen Herstellung erfolgt üblicherweise unter Einsatz von fossilen Brennstoffen. Im Rahmen des Forschungsprojekts soll stattdessen konzentrierte Sonnenstrahlung verwendet werden. Cemex und Synhelion arbeiten schon länger gemeinsam daran, Solarenergie in der Zementherstellung einzusetzen.
Im Jahr 2022 ist es den beiden Unternehmen in einem ersten erfolgreichen Pilotversuch gelungen, den ersten solaren Klinker im Labormaßstab herzustellen. Die Sandia Laboratories stellen für das Projekt einzigartige Forschungseinrichtungen der National Solar Thermal Test Facility zur Verfügung, um die Adaption der Technologie für die Zementherstellung zu beschleunigen.
Die bahnbrechende Technologie von Synhelion liefert Hochtemperatur-Prozesswärme von über 1’500°C. Diese Solarwärme ermöglicht es, Klinker ohne fossile Brennstoffe zu produzieren.
„Mit Solarenergie hergestellter Zement ist eine vielversprechende Technologie mit einem enormen Potenzial, um den CO2-Fussabdruck der Zementproduktion zu reduzieren,“ sagt Fernando A. González, CEO von Cemex. „Um unserer Ziel Netto-Null-Emissionen bis 2050 zu erreichen, sind unermüdliche Innovationen wie diese erforderlich, um bahnbrechende Technologien zu entdecken und zu skalieren.”
Solartechnologie mit Nutzen für Zementproduktion
Nathan Schroeder, Forschungsleiter bei Sandia für das Solar MEAD-Projekts, erklärt: „Nur wenige erneuerbare Technologien sind in der Lage, Wärme in einem Temperaturbereich zu erzeugen, der für die Verarbeitung von Zementrohmaterial erforderlich ist. Dieses Projekt wird unser Verständnis dafür verbessern, wie die Solartechnologie in bestehenden Zementproduktionsanlagen genutzt werden kann. Die Forschungsergebnisse werden außerdem eine branchenübergreifende Bedeutung für andere erzverarbeitende Industrien haben, etwa für die Herstellung von feuerfesten Materialien, Keramik und Batterien.“
Gianluca Ambrosetti, CEO und Mitgründer von Synhelion, fügt hinzu: „Das Projekt bietet uns die Möglichkeit, unsere nachhaltige Technologie für die Dekarbonisierung der energieintensiven Produktion von Zementklinker einzusetzen. Diese Lösung kann einen enormen Einfluss auf die Branche haben und den Weg in Richtung Netto-Null-Emissionen ebnen. Wir sind stolz darauf, einen Beitrag zu diesem Ziel zu leisten.“
Im Rahmen des Projekts werden Methoden zur Verringerung der CO2-Emissionen, zur Senkung der Prozesstemperaturen und zur Steigerung der Effizienz der Klinkerherstellung mit Hilfe von Solarenergie untersucht. Das Projektteam erforscht, wie sich die Wärmeübertragung auf die Zementausgangsstoffe übertragen lässt.
Fossile Brennstoffe ersetzen
Die erfolgreiche Implementierung dieser Technologie in der Zementherstellung ermöglicht, die derzeit eingesetzten fossilen Brennstoffe vollständig zu ersetzen. Sie wird außerdem eine besonders effiziente und kostengünstige Methode der CO2-Abscheidung im Vergleich zu den derzeit modernsten Technologien ergeben.
Die Herstellung von Zementklinker erfolgt durch das Zusammenschmelzen von Kalkstein, Ton und anderen Materialien in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von fast 1’500°C. Zur Beheizung des Ofens werden in der Regel fossile Brennstoffe verwendet, die für etwa 40 % der direkten CO2-Emissionen des Prozesses verantwortlich sind. Der vollständige Ersatz fossiler Brennstoffe durch Solarenergie ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur CO2-Neutralität.