Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHTCarbon Capture and Utilization (CCU)
Zementindustrie klimaneutral gestalten: Positive Zwischenbilanz im Projekt »CO2-Syn«
CO2-Emissionen aus der Zementindustrie via »Carbon Capture and Utilization« (CCU) auffangen und als Rohstoff nutzen – zum Beispiel zur Herstellung von Basischemikalien wie Olefinen und höheren Alkoholen. Mit diesem Ziel ist das Verbundprojekt »CO2-Syn – Stoffliche CO2-Nutzung aus Zementwerkprozessgasen mit gekoppelten elektrochemischen und thermisch katalysierten Prozessen« Anfang 2022 an den Start gegangen. Jetzt ziehen die Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft eine positive Zwischenbilanz: So ist es ihnen u.a. gelungen, aussichtsreiche Katalysatoren für die Umsetzung des von Zementwerken freigesetzten Kohlenstoffdioxids zu identifizieren und ihre Testung unter Realbedingungen vorzubereiten.
Die Zwischenergebnisse wurden bei einem Treffen der Projektpartner in Oberhausen vorgestellt. Anwesend waren Vertreterinnen und Vertreter des Fraunhofer UMSICHT, der Leuchtstoffwerk Breitungen GmbH, der Phoenix Zementwerke Krogbeumker GmbH & Co. KG und der Ruhr-Universität Bochum. »Wir waren uns einig, dass die bisherige Bilanz sehr gut ausfällt«, fasst Dr. Kai junge Puring vom Fraunhofer UMSICHT zusammen. »Tatsächlich haben wir auch schon über mögliche Folgevorhaben gesprochen und erste Vorbereitungen auf den Weg gebracht.«
Potenzielle Katalysatoren wurden synthetisiert
Ein Schwerpunkt der bisherigen Forschungsarbeiten lag auf der Suche nach robusten und vergiftungsresistenten Katalysatoren, die sowohl langzeitstabil als auch wirtschaftlich sind. »Wir haben uns vor allem mit sulfidbasierten Materialien beschäftigt«, erklärt Dr. Anne Schmidt vom Leuchtstoffwerk Breitungen. »Sie sind sehr stabil gegenüber typischen Katalysatorgiften wie Schwefel, wurden aber bislang nicht systematisch als potenzielle Katalysatoren für die Synthesegasherstellung aus CO2 bzw. für die anschließende Synthesegaskonversion zu Olefinen und höheren Alkoholen untersucht.«
Über 20 potenzielle Katalysatoren konnten die Forschenden des Leuchtstoffwerkes und der Ruhr-Universität Bochum synthetisieren und dem Fraunhofer UMSICHT zur Verfügung stellen. Dort wurden bereits erste Tests durchgeführt und aussichtsreiche Muster identifiziert. »Jetzt beginnen wir mit Katalysatortests für die Synthesegaskonversion zu Olefinen und höheren Alkoholen unter anwendungsnahen Prozessbedingungen«, so UMSICHT-Wissenschaftler Dr. Heiko Lohmann.
Mikro- und Makroanalyse des Zementwerkes
Parallel fand beim Zementwerk Phoenix eine umfassende Analyse des Standorts statt. Sie bildet die Grundlage für die experimentelle und systemische Betrachtung der elektro- und thermokatalytischen Prozesse. »Wir haben uns die Betriebszustände des Zementwerks angeschaut sowie deren Einflüsse auf die Prozessgase untersucht und modelliert«, so Kai Wagner von Phoenix. »Das dient einerseits als Grundlage für die experimentellen Untersuchungen zum Einfluss der Gasmatrix in den katalytischen Prozessen. Andererseits dient das Modell des Zementwerks auch als Baustein für ein Gesamtmodell, welches eine Integration der Prozesskette aus Elektrolyse und Thermokatalyse in den Anlagenverbund des Zementwerks beschreibt.«
Auf Basis der Ergebnisse soll die Systemintegration erfolgen. Dazu werden im Rahmen des Projektes neue Methoden zur systemischen, multikriteriellen Bewertung erarbeitet. Schließlich müssen auch neue Geschäftsmodelle zur Vermarktung von CO2-basierten Produkten, die aus den Abgasen entstehen, entwickelt und in Einklang mit vorhandenen Wertschöpfungsketten gebracht werden.
FÖRDERHINWEIS
Das Verbundprojekt »CO2-Syn – Stoffliche CO2-Nutzung aus Zementwerkprozessgasen mit gekoppelten elektrochemischen und thermisch katalysierten Prozessen« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen der Maßnahme »Anwendungsorientierte nichtnukleare FuE im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung« im Bereich »Technologien für die CO2-Kreislaufwirtschaft« gefördert.