Entwicklung eines CO₂-Mineralisierungsverfahrens zur Konditionierung von Ferrochromschlacken & Herstellung eines nachhaltigen Zementersatzstoffes

Worum es geht

CO₂Slag2Cem entwickelt ein Verfahren, mit dem industrielle Reststoffe CO₂ dauerhaft binden und zugleich als nachhaltiger Zementersatzstoff genutzt werden können. Koordiniert wird das Verbundvorhaben von der Elektrowerk Weisweiler GmbH.

Im Mittelpunkt steht die lokale Nutzung von CO₂, das aus Zementprozessen abgeschieden wird. Mithilfe eines CO₂-Mineralisierungsprozesses sollen aus Reststoffen wie Ferrochrom-Schlacke emissionsarme Baustoffe hergestellt werden. Diese Schlacke eignet sich besonders gut, weil sie einen hohen Anteil an Calcium- und Magnesiumoxid enthält. Damit ist sie ein geeignetes Rohmaterial, um CO₂ dauerhaft in festen, stabilen Karbonaten zu binden.

Das Vorhaben setzt an zwei Stellen an: Es nutzt CO₂ aus industriellen Abgasen und verwertet zugleich metallurgische Reststoffe, die bislang kaum genutzt werden. So sollen Abfälle reduziert, CO₂ gespeichert und neue Baustoffprodukte entwickelt werden.

Was neu ist

CO₂Slag2Cem kombiniert die Aufbereitung metallurgischer Reststoffe mit CO₂-Mineralisierung zu einem verwertbaren Baustoff. Dabei werden Ferrochromschlacken so konditioniert und karbonatisiert, dass sie CO₂ dauerhaft speichern und anschließend als Zusatzstoff in Zementen eingesetzt werden können.

Der Ansatz wirkt doppelt CO₂-reduzierend: Zum einen wird das aus Zementprozessen abgetrennte CO₂ dauerhaft als Karbonat gebunden. Zum anderen kann das entstehende Produkt den CO₂-intensiven Klinkeranteil in Zementprodukten verringern. Dadurch werden sowohl Emissionen aus industriellen Prozessen adressiert als auch der Materialeinsatz in der Baustoffindustrie klimafreundlicher gestaltet.

Ein wichtiger Schritt in Richtung industrieller Umsetzung ist der Aufbau einer Technikumsanlage in Düsseldorf sowie einer Demonstrationsanlage im Pilotmaßstab in Eschweiler. Damit wird das Verfahren aus dem Labor in anwendungsnähere Maßstäbe überführt.

Co-reactive GmbH

Was herausfordernd ist

Eine zentrale Herausforderung liegt in der Prozessstabilität bei der Schlackenkonditionierung. Die Schlacke muss so aufbereitet werden, dass eine gleichbleibende Rohstoffqualität für die anschließende CO₂-Mineralisierung entsteht. Nur dann kann der Prozess zuverlässig betrieben und das entstehende Produkt später in der Zement- und Baustoffindustrie eingesetzt werden.

Auch die Skalierung vom Labor- auf Technikums- und Pilotmaßstab ist anspruchsvoll. Sie stellt hohe Anforderungen an Reaktordesign, Wärmemanagement und Materialhandling. Zusätzlich müssen die mineralisierten Produkte so beschaffen sein, dass sie normkonform und sicher in Zement- und Baustoffanwendungen genutzt werden können.

Die Projektpartner begegnen diesen Herausforderungen durch enge experimentelle und ingenieurtechnische Zusammenarbeit sowie durch umfangreiche Analysen der Prozessparameter.

Was daraus entstehen kann

CO₂Slag2Cem kann wichtige Grundlagen für die industrielle Nutzung von CO₂-Mineralisierung in der Zement- und Baustoffindustrie schaffen. Auf Basis des geplanten Vorhabens können bis 2035 insgesamt 88,031 Kilotonnen CO₂ gebunden beziehungsweise substituiert werden.

Wenn das Verfahren technisch und wirtschaftlich umgesetzt werden kann, entsteht ein neuer Weg, abgeschiedenes CO₂ lokal zu nutzen und dauerhaft in Baustoffen zu speichern. Zugleich können bislang wenig genutzte industrielle Reststoffe aufgewertet und in eine Kreislaufwirtschaft eingebunden werden. Das Vorhaben leistet damit sowohl bei der CO₂-Nutzung als auch bei der Entwicklung emissionsärmerer Produkte einen Beitrag zur weiteren Dekarbonisierung der Zementindustrie.