Lexikon
Energie in der Zementherstellung
Energieverbrauch in der Zementproduktion
Die Herstellung von Klinker und Zement verlangt eine intensive Energiezufuhr, wobei jährlich immense Mengen an Kilojoule und Kilowattstunden verbraucht werden, um Öfen zu heizen und Mühlen zu betreiben. Doch welche Quellen speisen diese Energie?
Thermische und elektrische Energieformen In der Zementindustrie kommen sowohl thermische als auch elektrische Energie zum Einsatz. Nach Daten des Vereins Deutscher Zementwerke (VDZ) benötigte man im Jahr 2019 in Deutschland durchschnittlich etwa 2,8 Millionen kJ pro Tonne Zement nur für die thermische Energie. Im Vergleich dazu kann man mit dieser Energiemenge eine Standard-LED-Lampe mit 7,3 Watt etwa 12 Jahre lang durchgehend leuchten lassen.
Die Nachfrage nach thermischer Energie wird durch verschiedene Faktoren bestimmt:
- Chemisch-mineralogische Prozesse bei der Klinkerherstellung
- Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials (Trocknung mittels Abwärme und Ofenabgasen)
- Verwendung alternativer Brennstoffe (höhere Substitution fossiler Brennstoffe kann den Energiebedarf steigern)
- Kapazität der Öfen
- Wärmeverluste durch die Ofenwände
Elektrische Energie wird primär zum Mahlen von Zement (etwa 46% des Stromverbrauchs), Brennen und Kühlen von Klinker sowie für die Aufbereitung der Rohmaterialien und den Zementtransport verwendet. 2019 lag der durchschnittliche Strombedarf in Deutschland bei 111,9 kWh pro Tonne Zement. Ein Vergleichswert: Ein Haushalt mit zwei Personen ohne elektrische Warmwasserbereitung verbraucht jährlich rund 2.100 kWh.
Faktoren, die den Strombedarf beeinflussen, umfassen:
- Feinheitsgrad des gemahlenen Zements
- Verwendung von Klinkeralternativen (z.B. müssen Hüttensande feiner gemahlen werden)
- Einsatz von Abgasreinigungsanlagen
- Maßnahmen zur Steigerung der thermischen Effizienz (z.B. Systeme zur Nutzung von Abwärme verbrauchen ebenfalls Strom)
Energiegewinnung
Trotz zahlreicher Bemühungen bleibt die Energiegewinnung in der Zementbranche umweltbelastend. Üblicherweise stammt die Energie aus der Verbrennung verschiedener Materialien, wobei lange Zeit Braun- und Steinkohle dominante Energiequellen waren. Neben diesen werden auch Petrolkoks, Heizöle, Erdgas und andere Gase verwendet.
Seit den 1990er Jahren setzen deutsche Zementhersteller zunehmend auf alternative Brennstoffe, die mittlerweile fast 70% des Energiebedarfs decken. Zu diesen Brennstoffen zählen Altreifen, Altöl, Tiermehle und aufbereitete Gewerbe- und Siedlungsabfälle sowie Klärschlamm.
Überlegungen zur Reduzierung des Brennstoffbedarfs und CO2-Ausstoßes Es wird erwogen, die Wärmebereitstellung in Klinkerbrennprozessen auf Wasserstoff oder Strom umzustellen, um die energiebedingten CO2-Emissionen zu senken. Allerdings bleibt das Problem der CO2-Emissionen durch die Rohstoffentsäuerung, welche rund zwei Drittel der Gesamtemissionen ausmacht, bestehen. Ungeklärt bleibt auch, ob für eine elektrisch betriebene Klinkerproduktion ausreichend CO2-freier Strom dauerhaft und kosteneffizient bereitgestellt werden kann.
Wasserstoff wird weiterhin auf seine Eignung für den Brennprozess untersucht. Obwohl ein kleiner Anteil von Wasserstoff keine negativen Auswirkungen auf den Brennprozess zu haben scheint, ist eine vollständige Umstellung auf Wasserstoff derzeit nicht möglich.
Energieeffizienz
Der größte Teil des Brennstoffeinsatzes wird für chemische und mineralogische Reaktionen benötigt, was das Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz.
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