VDMA: Neue Technologien zur CO2-Reduzierung einsatzbereit

Treibhausgase sind verantwortlich für die Erderwärmung. Zu ihnen gehören Kohlenstoffmonoxide, Stickoxide, Methangas und fluorierte Kohlenwasserstoffverbindungen (F-Gase). Es ist unbestritten, dass CO₂ zum Treibhauseffekt beiträgt. Es entsteht bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas, hauptsächlich durch die Strom- und Wärmeerzeugung, Haushalte, den Verkehr und die industrielle Produktion. Einen Anteil daran haben auch Baumaschinen und in teilweise hohem Maße Baustoffanlagen. Mit dem Pariser Klimaschutzabkommen haben 195 Staaten erstmalig ein klares Ziel gesetzt: Bis zum Jahr 2050 muss der Ausstoß von Treibhausgasen drastisch sinken, damit bis zum Ende des Jahrhunderts die Erderwärmung deutlich unter 2 °C bleibt.

Baumaschinen – fast optimal

Seit Jahrzehnten arbeiten die Hersteller daran, ihre Baumaschinen auf den neusten technischen Stand zu bringen und Emissionen zu reduzieren. Einerseits hat die europäische Gesetzgebung sie seit 1996 gezwungen, stufenweise die Abgas-Emissionen zu reduzieren – was allerdings nur marginal das Kohlendioxid betrifft – andererseits hat sie der Kostendruck beim Kraftstoff dazu gebracht, dessen Verbrauch zu senken und damit auch den Ausstoß von CO₂.

Eine Baumaschine ist weitaus komplexer gebaut als ein normaler PKW oder LKW. Es gibt unzählige Maschinentypen, die in einem breiten Sektor mit den unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz kommen. Der Ansatz, CO₂ merklich zu reduzieren, kann daher nur ganzheitlich sein und muss den gesamten Betriebsablauf berücksichtigen. Angefangen bei der Ausrüstung, deren Effizienz, dem Betrieb dieser Ausrüstung und den alternativen Kraftstoffquellen. Die zunehmende Digitalisierung trägt dazu bei, Prozesse zu verschlanken und zu optimieren. Auch das spart Kraftstoff. Daher lohnt es sich für den Anwender nicht, alte Maschinen aufzurüsten – Stichwort Retrofit – sondern er sollte in moderne, neue Baumaschinen investieren, die den gewachsenen Anforderungen entsprechen und optimal für den gesamten Betriebsprozess ausgelegt sind.

Eine unterschätzte Maßnahme ist das korrekte Arbeiten mit einer Baumaschine. Ein falsch geplanter Einsatz, falsche Anbaugeräte bis hin zu falschem Reifendruck und falscher Wartung sowie eine schlechte Ausbildung des Fahrers lassen eine State of the Art Baumaschine im wahrsten Sinne des Wortes alt aussehen. Hier hilft nur die Verantwortung des einzelnen Anwenders, für entsprechend qualifizierten Umgang mit der Maschine zu sorgen.

Immer mehr Hersteller ermöglichen den Kunden, ihr Personal schulen und ausbilden zu lassen. Volvo Construction Equipment bietet im Rahmen der „Serviceleistungen für mehr Kraftstoffeffizienz“ nicht nur Tipps zum Senken der Betriebskosten an, sondern auch Fahrerschulungen an seinen Maschinen sowie am Simulator. Simulator-Training im hauseigenen Schulungszentrum hat seit neustem auch das Unternehmen Zeppelin Baumaschinen im Programm. Was schon seit langem in der Verkehrsfliegerei oder in der Schifffahrt üblich ist, erhält jetzt mit zunehmender Digitalisierung auch im Maschinenbau seinen Platz. Liebherr bringt sogar Simulatoren im Container-Klassenzimmer direkt auf die Baustelle. Die Wirtgen Group betreibt ganze Ausbildungszentren – Centres for Training and Technology (CTT) – um den Mitarbeitern ihrer Kunden den optimalen Umgang mit ihren Maschinen zu vermitteln. Der Walzen-oder Fertigerfahrerführerschein von Vögele zum Beispiel ist eine von der Berufsgenossenschaft Bau geförderte Weiterbildungsmaßnahme.

Baustoffanlagen – Zement mit Potenzial

Während es bei den Baumaschinen mittlerweile mehr um optimales Planen von Prozessen und um effizientes Arbeiten mit der Maschine geht, sieht es bei den Baustoffanlagen anders aus. Die Zementherstellung etwa macht einen Anteil von 7 %–8 % am weltweiten CO₂ Ausstoß aus. In Fachkreisen bekannt, ist das Thema aber noch nicht in das Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit gerückt. Zement, Wasser und Gesteinskörnungen sind die Hauptbestandteile von Beton, dem beliebtesten Baustoff weltweit. Zu dumm, dass ausgerechnet die Herstellung dieses günstigen und vielfältig einsetzbaren Baumaterials zu den großen Emittenten gehört. Für jede Tonne produzierten Zement fällt bis zu einer Tonne CO₂ an.

Mittlerweile zeichnen sich in der Industrie Lösungen ab, die diesen Ausstoß durch gezielte Konzentration und Separation gegen Null gehen lassen könnten. „Carbon Capture and Storage“, kurz CCS, und „Carbon Capture and Utilization“, kurz CCU, heißen Verfahren, mit denen CO₂ bei der Herstellung von Zement abgetrennt werden kann, um es anschließend zu speichern oder für nachfolgende chemische Prozesse zu verwenden. CO₂ ist von Natur aus in Kalkstein enthalten, dem Hauptbestandteil von Zement. Der Kalkstein wird in großen Drehöfen bei hohen Temperaturen gebrannt, um den Portlandklinker, ein Zwischenprodukt, herzustellen. Dabei zersetzt sich u.a. der Kalkstein und das Kohlendioxid entweicht in die Luft. Durch eine gezielte Substitution des im Zement beziehungsweise Beton enthaltenen gebrannten Zementklinkers durch alternative Stoffe kann eine deutliche Reduzierung des Treibhauspotenzials erreicht werden. Etwa 30 % der CO₂-Emissionen lassen sich pro Tonne Zement beispielsweise durch den Austausch kalzinierter Tone einsparen. Einen

vollständigen Ersatz für den Rohstoff gibt es bislang aber nicht, da der aus Kalkstein hergestellte Zementklinker für das Festigkeitsverhalten des Betons verantwortlich ist.

Es muss also eine Lösung geben, wie die Emissionen verhindert werden können. Thyssenkrupp forscht seit längerem an einem neuen Oxyfuel-Brennprozess, bei dem die Verbrennungsluft durch reinen Sauerstoff ersetzt wird. Das Abgas besteht dann fast nur aus reinem CO₂ und Wasserdampf, so dass das aufwendige Trennverfahren stark vereinfacht und das CO₂ entsprechend gelagert oder weiterverarbeitet werden kann. Ab 2010 entstanden erste Versuchsanlagen für die Zementindustrie in den USA und Europa. Über das Versuchsstadium ist man bislang nicht hinausgekommen.

Betreiber können ihre Bestandsanlagen auf das Oxyfuel-Verfahren umrüsten. Bei bisherigen Konzepten – seit etwa 2005 – ergänzen Abgasrückführungen bestehende Anlagen. Das erfordert zusätzliche Apparate, wodurch die Komplexität und die Betriebskosten deutlich steigen. Daher forschen die Ingenieure im Forschungszentrum der Thyssenkrupp Industrial Solutions AG an einem verbesserten Prozess. Der Erfolg ist zum Greifen nah. Das neue Polysius pure Oxyfuel-Verfahren basiert auf reinem Sauerstoff als Verbrennungsgas und kommt ohne Abgasrezirkulation aus. Dadurch wird der Aufwand zum Abtrennen von CO2 stark gesenkt. Für alle bislang bekannten CCS- oder CCU-Verfahren stellt die Umrüstung eine deutliche Änderung des Anlagenbetriebs dar.

Darüber hinaus wird bei Thyssenkrupp Industrial Solutions auch an Verfahren geforscht, mit denen das abgetrennte CO₂ zu Wertstoffen wie Methan oder Methanol umgewandelt werden kann. Methan lässt sich in das Erdgasnetz einspeisen, und auf Basis von Methanol werden synthetische Kraftstoffe, wie zum Beispiel Kerosin hergestellt. Mit diesen Verfahren lässt sich CO₂ sinnvoll nutzen der Bedarf an fossilen Energieträgern vermindern.

Die Technology Roadmap “Low-Carbon Transition in the Cement Industry” der OECD/International Energy Agency bestätigt mit ihren Berechnungen, dass der Einsatz neuer Technologien wie „Carbon Capture and Storage“ oder „Carbon Capture and Utilization“ eine erhebliche Einsparung an CO₂-Emissionen bringen würde.

Soweit, so gut. Was fehlt, sind die Infrastruktur zum Abtransport des Kohlendioxids und ein genehmigungsrechtlicher Rahmen, wie es weiterverwendet oder gelagert werden kann.

Das Umweltbundesministerium erklärte auf Anfrage des VDMA Baumaschinen und Baustoffanlagen, dass das Abtrennen von CO₂ mit dem Ziel der Speicherung derzeit keine Option sei. Bleiben das Verwerten und besser noch Vermeiden von Kohlendioxid. Das BMU arbeitet derzeit an einem Förderprogramm zur Dekarbonisierung in der emissionsintensiven Industrie, das im kommenden Jahr starten soll. Im November dieses Jahres eröffnet das Ministerium ein Kompetenzzentrum Klimaschutz in der energieintensiven Industrie in Cottbus mit dem Ziel, die Industrien, die vor besonderen Herausforderungen im Hinblick auf das Ziel Treibhausgasneutralität stehen, zu unterstützen und die Industriearbeitsplätze in Deutschland auch in Zukunft zu erhalten.

Nach Ansicht des VDMA Baumaschinen und Baustoffanlagen ist es förderlich, die Normung von alternativen Zementen voranzubringen, ebenso den Ansatz des BMU, einen Absatzmarkt für treibhausgasneutral hergestellte Zemente zu entwickeln. Jedoch ist es notwendig, zügig einen genehmigungsrechtlichen Rahmen und damit die nötige Infrastruktur zu schaffen, wie das abgetrennte CO₂ abtransportiert und weiterverwendet werden kann. Die Politik ist aufgefordert, zu handeln.

Wohin mit dem Kohlendioxid?

Eine Schlüsseltechnologie in diesem Szenario ist Power-to-X. Aus diesem Verfahren können sowohl synthetisches Gas als auch flüssige Kraftstoffe hergestellt werden. Die alternativen Energieträger können als saisonaler Speicher im Strombereich oder im Transport zum Einsatz kommen, zum Beispiel im Schwerlastverkehr oder in der Schiff- und Luftfahrt. Ein wesentlicher Vorteil: Für die synthetischen Gase und Kraftstoffe kann die auf fossilen Energieträgern basierende Infrastruktur für den Transport und das Betanken weiter genutzt werden. Zudem können sie fossilen Energieträgern in nahezu beliebigen Anteilen beigemischt werden, wie Forschungsprojekte gezeigt haben und somit zu einer schnellen Absenkung der Treibhausgasemissionen beitragen.

Der VDMA sieht in Power-to-X einen Garanten für die Energiewende. CO₂ ist für die Umwandlung von Wasserstoff in alternative Energieträger zwingend notwendig. Damit können Zementwerke zu einer verlässlichen und dauerhaften Energieversorgung beitragen.

Aktiv werden

Durch ihre Arbeit tragen der VDMA und seine Mitgliedsunternehmen erheblich dazu bei, die Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens zu erreichen und gleichzeitig den Industriestandort Deutschland, seine Arbeitsplätze, seinen Technologievorsprung und den sozialen Frieden und Wohlstand zu sichern. Eine Aufgabe, die gemeinsames Handeln aller Beteiligten erfordert. Unternehmen, die sich daran beteiligen möchten, sind eingeladen, im VDMA mitzuarbeiten und eine aktive Rolle zu übernehmen.

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