Die Zementindustrie bleibt einer der kohlenstoffintensivsten Sektoren der Weltwirtschaft: Jedes Jahr produziert die Branche rund 4 Milliarden Tonnen Produkt und ist für etwa 5–8 % der globalen Kohlendioxidemissionen verantwortlich. Ein erheblicher Teil dieser Emissionen ist „eingebaut' – er entsteht nicht nur bei der Verbrennung von Brennstoffen, sondern auch beim Brennen von Kalkstein, aus dem der Klinker gewonnen wird. Genau deshalb erzielen herkömmliche Maßnahmen zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks nur eine begrenzte Wirkung. In einer neuen Studie, durchgeführt vom ETH Zürich gemeinsam mit dem US-amerikanischen Klimastartup Heirloom Carbon Technologies, wird eine grundlegend andere Architektur vorgeschlagen: die Kombination der Zementherstellung mit Anlagen zur direkten CO2-Abscheidung aus der Luft (DAC) auf Basis des sogenannten Kalkkreislaufs.

Der Kalkkreislauf: Wie das Werk zum CO2-Fänger wird

Das vorgeschlagene Schema stützt sich auf die natürliche Chemie des Kalziums. Bei der Erhitzung von Kalkstein im Ofen entstehen gebrannter Kalk und Kohlendioxid. In der klassischen Produktion entweichen diese Emissionen zusammen mit dem Abgas der Brennstoffverbrennung in die Atmosphäre. Die Autoren des Modells schlagen vor, den herkömmlichen Ofen durch einen elektrischen Ofen zu ersetzen: Damit wird der brennstoffbedingte Emissionsanteil eliminiert, und das beim Brennen freigesetzte CO2 wird abgetrennt und zur Speicherung weitergeleitet. Anschließend wird der gebrannte Kalk mit Wasser gelöscht und zu gelöschtem Kalk, der seinerseits in der Lage ist, zusätzliches Kohlendioxid direkt aus der Luft aufzunehmen und sich wieder in Kalkstein zu verwandeln. Das gewonnene Material kehrt in den Zementproduktionskreislauf zurück, während das gebundene Gas komprimiert und in unterirdische Speicher injiziert wird. So produziert derselbe technologische Kreislauf gleichzeitig Zement und entfernt CO2 aus der Atmosphäre.

Effizienz und CO2-Fußabdruck der Technologie

Laut Berechnungen der Autoren liegt die Effizienz der CO2-Abscheidung je nach Energiebilanz des Systems zwischen 85 % und 96 %. Dabei entfallen auf jede Tonne CO2, die zur Speicherung gebracht wird, 40 bis 150 kg Emissionen über die gesamte Wertschöpfungskette – von der Herstellung der Ausrüstung bis zum Transport und zur Kompression des Gases. Der entscheidende Parameter wird die Herkunft des Stroms: Bei Verwendung von Wind- und Solarenergie fällt das Ergebnis deutlich besser aus als bei der derzeitigen US-Energiebilanz. Das bedeutet, dass der Klimanutzen des Schemas eng mit der Dekarbonisierung des Energiesystems verknüpft ist, in dem das Werk betrieben wird.

Potenzial: 78 % weniger CO2-Fußabdruck bis 2050

Das Hauptergebnis des Modells besteht darin, dass die Kombination aus Zementherstellung und direkter Luftabscheidung den Klimaeffekt der Branche bis 2050 um 78 % senken kann. Die Autoren betonen, dass ihre Arbeit die erste Lebenszyklusanalyse des Kalkkreislauf-Verfahrens zur direkten Luftabscheidung auf industrieller statt Labor-Skala darstellt. Dadurch lässt sich das Schema nicht als Konzept, sondern als ingenieurtechnische Aufgabe mit konkreten Parametern für Stromverbrauch, Effizienz und CO2-Fußabdruck pro Tonne gebundenem Gas betrachten.

Hürden bei der Skalierung

Trotz der vielversprechenden Perspektive stößt die industrielle Einführung der Technologie auf eine Reihe von Einschränkungen. Erstens ist der hohe Strombedarf zu nennen: Elektrische Öfen und Gaskompressionssysteme erfordern erhebliche Leistungen. Zweitens gibt es heute nur eine begrenzte Anzahl elektrischer Öfen, die für ein solches Schema geeignet sind. Drittens fehlt es an Infrastruktur für den Transport und die unterirdische Speicherung von CO2. Schließlich weisen die Autoren auf die Notwendigkeit staatlicher Unterstützung hin – ohne Anreize und Finanzierung wird die Branche kaum zu einer flächendeckenden Einführung übergehen. Diese Hürden bestimmen, wie schnell das Modell in reale Megaprojekte überführt werden kann.

Heirloom in der Praxis und der kommerzielle Kontext

Die Initiative bleibt nicht auf dem Niveau eines Modells: Heirloom betreibt bereits in Kalifornien eine Anlage zur direkten Luftabscheidung mit einer Leistung von 1000 Tonnen CO2 pro Jahr und plant den Bau eines größeren Objekts in Louisiana. Das Unternehmen demonstriert auch angrenzende Lösungen – darunter die Speicherung von atmosphärischem CO2, das per DAC gebunden wurde, in Betonprodukten, und erforscht gemeinsam mit Partnern die kommerzielle Kohlenstoffabscheidung in Kanada. Die Gesamtheit dieser Projekte zeigt, dass der Kalkkreislauf und DAC schrittweise aus den Forschungslabors in die industrielle Ebene übergehen, in der ihre wirtschaftliche und infrastrukturelle Machbarkeit zum entscheidenden Faktor für die gesamte Zementindustrie wird.