Ziel des Vorhabens ist es, einen stark CO2-reduzierten, hochwertigen und ressourceneffizienten Betonkreislauf für Altbeton zu entwickeln. Dazu wird ein Belit - basierter Portlandzementklinker (RC-Belit-PZK) mit niedrigem CO2-Fußabdruck aus Betonbrechsand und weiteren kalkhaltigen primären oder sekundären Komponenten hergestellt. Freigesetztes CO2 kann abgetrennt und zur technischen Karbonatisierung von mechanisch aufbereitetem Betonbrechsand als Substitut in Zement genutzt werden. Mit dem Ziel weiteres CO2 zu binden und die betontechnischen Eigenschaften grober RC-Gesteinskörnung zu verbessern, wird eine neue Karbonatisierungstechnik im Druckreaktor entwickelt. Aus RC-Belit-PZK, Portlandzementklinker (PZK) und technisch karbonatisierten aufgemahlenen Brechsanden werden RC-Zemente mit stark reduziertem CO2-Fußabdruck formuliert. Um den erneuten Einsatz in der Produktion zu ermöglichen, werden Rezepturen für RC-Beton mit Normal- und / oder RC-Gesteinskörnung entwickelt, die auf angepassten Fließmitteln und Beschleunigersystemen basieren. Zum Projektabschluss werden Werkversuche durchgeführt, die den hochwertigen Betonkreislauf demonstrieren. Eine CO2-Reduktion um mindestens 40% für RC2-Beton im Vergleich zum Stand der Technik wird angestrebt. Die Prozesse werden aus techno-ökonomischer und ökologischer Sicht bewertet (prozessbasierte Ökobilanz/LCA). Im Rahmen der Systemanalyse werden verschiedene Anlagengrößen und Standorte über den gesamten Lebenszyklus mit dem Stand der Technik verglichen. Zusätzlich werden regulatorische Randbedingungen untersucht (z.B. Recycling-Baustoffverordnung, DIN-EN 197-1, Rechtliche Einordnung einer Anlage zur Klinkerherstellung), um Hindernisse in der Umsetzung zentraler bzw. dezentraler Konzepte zu identifizieren und konkrete Handlungsempfehlungen zur Kreislaufführung zu erarbeiten.
<p>Die Rohstoffproduktivität stieg zwischen 1994 und 2020 um rund 74 Prozent. Ziel des „Deutschen Ressourceneffizienzprogramms“ (ProgRess) war eine Verdopplung. Dieses Ziel wurde verfehlt. Seit der Veröffentlichung von ProgRess III im Jahr 2020 wird die „Gesamtrohstoffproduktivität“ abgebildet. Dieser weiterentwickelte Indikator ist Teil der Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS) von 2024.</p><p>Entwicklung der Rohstoffproduktivität</p><p>Die Rohstoffproduktivität in Deutschland stieg laut Daten des Statistischen Bundesamtes von 1994 bis 2020 um 73,6 %. Der abiotische Direkte Materialeinsatz sank in diesem Zeitraum um 21,6 %. Das Bruttoinlandsprodukt (BIP) stieg im selben Zeitraum um 36,0 % (siehe Abb. „Rohstoffproduktivität“). Das Jahr 2020 war allerdings durch die Lockdowns der Corona-Pandemie und damit verbundener geringerer wirtschaftlicher Aktivität und Nachfrage nach Rohstoffen geprägt.</p><p>Die Rohstoffproduktivität stieg in diesem Zeitraum nicht stetig. Drei Beispiele:</p><p>Insgesamt entwickelte sich die Rohstoffproduktivität in die angestrebte Richtung. Allerdings wurde seit dem Jahr 1994 das ursprünglich gesetzte Ziel des Deutschen Ressourceneffizienzprogramms (<a href="https://www.bmuv.de/themen/ressourcen/deutsches-ressourceneffizienzprogramm">ProgRess</a>) nicht realisiert: eine Verdopplung der Rohstoffproduktivität bis 2020. </p><p>Indikator "Rohstoffproduktivität"</p><p>Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a> „Rohstoffproduktivität“ drückt aus, wie effizient abiotische Primärmaterialien in Deutschland eingesetzt wurden, um das Bruttoinlandsprodukt (BIP) zu erwirtschaften. Die Bundesregierung hat mit dem Deutschen Ressourceneffizienzprogramm ursprünglich das Ziel vorgegeben, die Rohstoffproduktivität bis zum Jahr 2020 im Vergleich zum Jahr 1994 zu verdoppeln. Mit der Verabschiedung des dritten Deutschen Ressourceneffizienzprogramms im Jahre 2020 wurde der Indikator durch die „Gesamtrohstoffproduktivität“ als zentraler Indikator weiterentwickelt (s. unten). Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/g?tag=Gesamtrohstoffproduktivitt#alphabar">Gesamtrohstoffproduktivität</a> ist auch in der 2024 veröffentlichten <a href="https://www.bmuv.de/download/nationale-kreislaufwirtschaftsstrategie-nkws">Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS)</a> neben weiteren Indikatoren und Zielen verankert.</p><p>Um die Rohstoffproduktivität zu ermitteln, wird ein Quotient gebildet (siehe Schaubild „Stoffstromindikatoren“): Das Bruttoinlandsprodukt (BIP) wird mit den in Deutschland eingesetzten abiotischen Materialien in Beziehung gesetzt. Die abiotischen Materialien umfassen inländische Rohstoffentnahmen und importierte Materialien (abiotischer Direkter Materialeinsatz, siehe auch <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DMI#alphabar">DMI</a> im Schaubild „Stoffstromindikatoren“). Die Rohstoffproduktivität erlaubt eine erste Trendaussage zur Effizienz der Rohstoffnutzung in unserer Wirtschaft über einen langen Zeitraum.</p><p>Die Basis des Indikators „Rohstoffproduktivität“: der abiotische Direkte Materialeinsatz</p><p>Zur Berechnung der Rohstoffproduktivität wird der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a> „abiotischer Direkter Materialeinsatz“ verwendet. Der zugrundeliegende Indikator „Direkter Materialeinsatz“ wird im Englischen als „Direct Material Input“ (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DMI#alphabar">DMI</a>) bezeichnet.</p><p>Der abiotische Direkte Materialeinsatz ermöglicht es, Umfang und Charakteristik der nicht-erneuerbaren Materialnutzung in einer Volkswirtschaft aus der Perspektive der Produktion darzustellen. Er berücksichtigt inländische Entnahmen von nicht-erneuerbaren Primärrohstoffen aus der Natur. Weiterhin sind alle eingeführten abiotischen Rohstoffe, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Halbwaren#alphabar">Halbwaren</a> und Fertigwaren mit ihrem Eigengewicht Bestandteil des Indikators.<br><br>Der Direkte Materialeinsatz ist zentraler Bestandteil volkswirtschaftlicher Materialflussrechnungen.</p><p>Entwicklung des abiotischen Direkten Materialeinsatzes</p><p>Für die Deutung der Rohstoffproduktivität und deren Verlauf ist die Entwicklung des abiotischen Direkten Materialeinsatzes wichtig. Im Jahr der Wirtschaftskrise 2009 nutzte die deutsche Wirtschaft 1.203 Millionen Tonnen (Mio. t) nicht-erneuerbarer Materialien. Das waren knapp 21 % weniger als im Jahr 1994.</p><p>Im Jahr 2011 stieg der abiotische Direkte Materialeinsatz vorübergehend recht stark auf 1.322 Mio. t an. Dies war vor allem auf eine konjunkturbedingte Steigerung der inländischen Entnahme von mineralischen Baurohstoffen und weiter steigende Importe von Energieträgern und Metallerzeugnissen zurückzuführen. 2020 sank der Materialeinsatz wieder auf 1.187 Mio. t. Damit beträgt das Minus im Jahr 2020 gegenüber 1994 knapp 24 %. Letzte Zahlen des Statistischen Bundesamtes zeigen, dass der direkte abiotische Materialeinsatz bis 2022 mit 1.149 Mio. t. weiter leicht gesunken ist (siehe Abb. „Entwicklung des abiotischen Direkten Materialeinsatzes“).</p><p>Komponenten des abiotischen Direkten Materialeinsatzes</p><p>Das Statistische Bundesamt schlüsselt die Komponenten auf, aus denen sich der abiotische Direkte Materialeinsatz zusammensetzt. In den Jahren von 1994 bis 2022 gab es Veränderungen bei der Entnahme inländischer abiotischer Rohstoffe und der Einfuhr abiotischer Güter: Während die Entnahme von abiotischen Rohstoffen im Inland zwischen 1994 und 2022 um 410 Millionen Tonnen (– 37 %) zurückgegangen ist, stieg die Einfuhr von nicht-erneuerbaren Rohstoffen sowie Halb- und Fertigwaren um 45 Mio. t an (+ 11%). Der Anteil der importierten Güter am gesamten nicht-erneuerbaren Primärmaterialeinsatz erhöhte sich damit von 26 % im Jahre 1994 auf 38 % im Jahre 2022.</p><p>Betrachtet man die Entwicklung der verschiedenen Rohstoffarten zwischen 1994 und 2022 genauer, fallen folgende Entwicklungen auf (siehe Abb. „Entnahme abiotischer Rohstoffe und Einfuhr abiotischer Güter“):</p><p>Erfassung der indirekten Importe</p><p>Der abiotische Direkte Materialeinsatz berücksichtigt zwar die direkten, aber nicht die sogenannten „indirekten Materialströme“ der Einfuhren. Dazu gehören Rohstoffe, die im Ausland zur Erzeugung der importierten Güter genutzt wurden. Diese sind in den von der Handelsstatistik erfassten Mengen nicht enthalten. <br><br>Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a> Rohstoffproduktivität kann daher einen vermeintlichen Produktivitätsfortschritt vorspiegeln, wenn im Inland entnommene oder importierte Rohstoffe durch die Einfuhr bereits weiter verarbeiteter Produkte ersetzt werden.</p><p>Das ist durchaus realistisch: So nahmen zwischen den Jahren 1994 und 2022 die Einfuhren an überwiegend abiotischen Fertigwaren um 114 % deutlich stärker zu, als die von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Halbwaren#alphabar">Halbwaren</a>. Deren Importe gingen sogar leicht zurück. Die von Rohstoffen sanken bis 2022 ebenfalls um 3 % (siehe Abb. „Abiotische Importe nach Deutschland nach Verarbeitungsgrad“). Bei Halbwaren handelt es sich um bereits be- oder verarbeitete Rohstoffe, die im Regelfall weiterer Be- oder Verarbeitung bedürfen, bevor sie als Fertigwaren benutzbar sind. Hierzu zählen beispielsweise Rohmetalle, mineralische Baustoffe wie Zement oder Schnittholz.</p><p>Die Anstiege der Fertigwaren gelten gleichermaßen für metallische Güter wie auch für Produkte aus fossilen Energieträgern, etwa Kunststoffe. Mit dem zunehmenden Import von Fertigwaren werden rohstoffintensive Herstellungsprozesse mitsamt den meist erheblichen Umwelteinwirkungen der Rohstoffgewinnung und -aufbereitung verstärkt ins Ausland verlagert.</p><p>Ergänzung des Indikators „Rohstoffproduktivität“ um indirekte Importe</p><p>Der Verlagerungseffekt der Rohstoffnutzung ins Ausland lässt sich durch die Umrechnung der Importe in <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/r?tag=Rohstoffquivalente#alphabar">Rohstoffäquivalente</a> abbilden – wie etwa beim <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a> <strong>„Rohstoffverbrauch“</strong> (engl. „Raw Material Input“, <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/r?tag=RMI#alphabar">RMI</a>). Der Indikator berücksichtigt ergänzend zum direkten Materialeinsatz auch Importgüter mit den Massen an Rohstoffen, die im Ausland zu deren Herstellung erforderlich waren (siehe „Schaubild Stoffstromindikatoren“). Diese werden in der Fachsprache als „indirekte Importe“ bezeichnet. Der RMI stellt also eine Vergleichbarkeit zwischen den Einfuhren und inländischen Entnahmen her, indem der Primärrohstoffverbrauch im In- und Ausland gleichermaßen abgebildet wird.</p><p>Für eine Einschätzung, wie viele Rohstoffe eine Volkswirtschaft verwendet, macht es einen Unterschied, ob indirekte Stoffströme berücksichtigt werden oder nicht. Zwischen den Jahren 2010 und 2021 (letztes verfügbares Jahr) stieg die Summe aus abiotischer Rohstoffentnahme sowie direkten und indirekten Importen (RMIabiot) um mehr als 6 %. Der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DMI#alphabar">DMI</a>abiot, der die indirekten Importe nicht berücksichtigt, sank im selben Zeitraum jedoch um ca. 6 % (siehe Abb. „Rohstoffproduktivität“).</p><p>Bedeutung der Biomasse nimmt zu</p><p>Der abiotische Direkte Materialeinsatz bei der Berechnung der Rohstoffproduktivität für das Deutsche Ressourceneffizienzprogramm erfasst nur nicht-erneuerbare Rohstoffe. Das bedeutet, dass <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/b?tag=Biomasse#alphabar">Biomasse</a> bei der Berechnung ausgeklammert wird. Doch die Bedeutung von Biomasse für die Rohstoffnutzung steigt, denn durch Biomasse können knapper werdende fossile und mineralische Rohstoffe ersetzt werden.<br><br>Sowohl der Anbau biotischer Rohstoffe als auch ihre Verarbeitung und Nutzung sind mit erheblichen Umwelteinwirkungen verbunden. Weiterhin sind die nachhaltig zu bewirtschaftenden Anbauflächen begrenzt. Deshalb ist es von wachsender Bedeutung, biotische Rohstoffe in die Berechnungen der Materialindikatoren zur Rohstoffproduktivität einfließen zu lassen.</p><p>Ein erweiterter Produktivitätsindikator: die Gesamtrohstoffproduktivität</p><p>Mit Verabschiedung des <a href="https://www.umweltbundesamt.de/themen/zweites-deutsches-ressourceneffizienzprogramm">2. Deutschen Ressourceneffizienzprogramms (ProgRess II)</a> und der Neuauflage der <a href="https://www.bundesregierung.de/breg-de/themen/nachhaltigkeitspolitik/die-deutsche-nachhaltigkeitsstrategie-318846">Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie</a> wurde dem <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/i?tag=Indikator#alphabar">Indikator</a> „Rohstoffproduktivität“ eine weitere Produktivitätsgröße an die Seite gestellt: die „Gesamtrohstoffproduktivität“ (siehe Abb. „Gesamtrohstoffproduktivität“). Diese Größe beinhaltet – anders als der bisherige Indikator – neben den abiotischen auch die biotischen Rohstoffe und berücksichtigt nicht nur die Tonnage der importierten Güter, sondern den gesamten damit verbundenen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=Primrrohstoffeinsatz#alphabar">Primärrohstoffeinsatz</a> (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/r?tag=Rohstoffquivalente#alphabar">Rohstoffäquivalente</a>). Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/g?tag=Gesamtrohstoffproduktivitt#alphabar">Gesamtrohstoffproduktivität</a> wird seit Veröffentlichung des <a href="https://www.bmuv.de/publikation/deutsches-ressourceneffizienzprogramm-iii-2020-bis-2023">Deutschen Ressourceneffizienzprogramms III</a> ausschließlich berichtet. Der Indikator ist auch in der <a href="https://www.bmuv.de/download/nationale-kreislaufwirtschaftsstrategie-nkws">Nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie (NKWS)</a> von 2024 verankert.</p><p>Zwischen den Jahren 2010 und 2030 soll der Wert jährlich im Durchschnitt um 1,6 % wachsen. Das Wachstum von 2010 bis 2022 lag nach dem starken Anstieg der Gesamtrohstoffproduktivität zum Jahr 2022 nun erstmal über diesem Zielpfad.</p><p>Der Indikator wird <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-gesamtrohstoffproduktivitaet">hier</a> ausführlich vorgestellt.</p>
Ziel des Vorhabens ist es, einen stark CO2-reduzierten, hochwertigen und ressourceneffizienten Betonkreislauf für Altbeton zu entwickeln. Dazu wird ein Belit - basierter Portlandzementklinker (RC-Belit-PZK) mit niedrigem CO2-Fußabdruck aus Betonbrechsand und weiteren kalkhaltigen primären oder sekundären Komponenten hergestellt. Freigesetztes CO2 kann abgetrennt und zur technischen Karbonatisierung von mechanisch aufbereitetem Betonbrechsand als Substitut in Zement genutzt werden. Mit dem Ziel weiteres CO2 zu binden und die betontechnischen Eigenschaften grober RC-Gesteinskörnung zu verbessern, wird eine neue Karbonatisierungstechnik im Druckreaktor entwickelt. Aus RC-Belit-PZK, Portlandzementklinker (PZK) und technisch karbonatisierten aufgemahlenen Brechsanden werden RC-Zemente mit stark reduziertem CO2-Fußabdruck formuliert. Um den erneuten Einsatz in der Produktion zu ermöglichen, werden Rezepturen für RC-Beton mit Normal- und / oder RC-Gesteinskörnung entwickelt, die auf angepassten Fließmitteln und Beschleunigersystemen basieren. Zum Projektabschluss werden Werkversuche durchgeführt, die den hochwertigen Betonkreislauf demonstrieren. Eine CO2-Reduktion um mindestens 40% für RC2-Beton im Vergleich zum Stand der Technik wird angestrebt. Die Prozesse werden aus techno-ökonomischer und ökologischer Sicht bewertet (prozessbasierte Ökobilanz/LCA). Im Rahmen der Systemanalyse werden verschiedene Anlagengrößen und Standorte über den gesamten Lebenszyklus mit dem Stand der Technik verglichen. Zusätzlich werden regulatorische Randbedingungen untersucht (z.B. Recycling-Baustoffverordnung, DIN-EN 197-1, Rechtliche Einordnung einer Anlage zur Klinkerherstellung), um Hindernisse in der Umsetzung zentraler bzw. dezentraler Konzepte zu identifizieren und konkrete Handlungsempfehlungen zur Kreislaufführung zu erarbeiten.
Die Holcim (Süddeutschland) GmbH ist spezialisiert auf die Herstellung und den Vertrieb von Baustoffen. Das Unternehmen bietet ein breites Sortiment an Zement, Gesteinskörnungen, Beton sowie Dienstleistungen für Bauvorhaben an. Der Prozess der Zementklinkerherstellung ist sehr energieintensiv und verursacht sowohl brennstoff- als auch rohstoffbedingte Emissionen. Letztere resultieren aus den chemischen Zusammensetzungen der verwendeten Rohstoffe wie Kalkstein, Sand, Ton und z.B. eisenhaltigen Zusatzstoffen. Neben Staub sind insbesondere gasförmige Abgaskomponenten, wie NO X , NH 3 und SO X , organische Verbindungen sowie Schwermetalle von Bedeutung. In der 17. BImSchV, der für Zementwerke maßgeblichen Immissionsschutzregelung, gibt es jedoch für eine Vielzahl von Parametern (SO X , organische Gesamtemissionen, NH 3 , Hg) die Möglichkeit, rohmaterialbedingte Ausnahmen von den allgemeinen Grenzwerten zuzulassen. Am Standort Dotternhausen gelten derzeit Ausnahmen für die Emissionsgrenzwerte von CO, VOCs und NH 3 , da bisher keine Reduzierung der rohstoffbedingten Emissionen implementiert ist. Zur Minderung von NO X -Emissionen wird im Zementwerk Dotternhausen aktuell das Verfahren der selektiven nichtkatalytischen Reduktion (SNCR) betrieben. Im Rahmen des Vorhabens soll im Zementwerk der HOLCIM Süddeutschland GmbH in Dotternhausen eine Anlage zur kombinierten Abgasreinigung errichtet werden. Damit sollen zum einen die Emissionen des Zementwerks deutlich reduziert (z.B. NO X , NH 3 , VOCs, CO) und zum anderen der fossile Energiebedarf für die Emissionsminderung in Zementwerken deutlich gesenkt werden. Die Anlage besteht aus einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der mit einem Oxidationskatalysator in einer Funktionseinheit kombiniert wird. Der Oxidationskatalysator wird erstmalig in der Zementindustrie eingesetzt. Der Einsatz von Oxidationskatalysatoren wird seit langem als vielversprechende Technologie für den Einsatz in der Zementindustrie gehandelt, aufgrund des hohen technischen Risikos aber bisher noch nicht eingesetzt. Durch diese Anlagenkombination werden zukünftig sowohl brennstoffbedingte als auch rohmaterialbedingte Emissionen eingespart und gezielt insbesondere NO X , NH 3 , organische Gesamtemissionen und besonders problematische Einzelverbindungen (z. B. Benzol, PAKs, PCB) sowie CO gemindert. So sollen bei Umsetzung des Projektes im Dauerbetrieb Emissionswerte für Ammoniak unterhalb der allgemeinen gesetzlichen Anforderungen eingehalten werden: 10 Milligramm pro Kubikmeter statt 30 Milligramm pro Kubikmeter für Ammoniak im Tagesmittel. CO wird nahezu vollständig zu CO 2 oxidiert. Zusätzlich werden die Emissionen organischer Verbindungen soweit reduziert, dass keine nach 17. BImSchV allgemein zulässige rohmaterialbedingte Ausnahme für organische Emissionen erforderlich ist und ein Wert unterhalb von 10 Milligramm pro Kubikmeter im Dauerbetrieb und allen Betriebszuständen eingehalten wird. Auch bei relevanten organischen Einzelkomponenten (z. B. Benzol, Dioxine/Furane, PCB) wird eine nahezu vollständige Zerstörung erwartet. Damit werden bei erfolgreicher Umsetzung des Projektes die Emissionen unterhalb des Emissionsniveaus der aktuell fortschrittlichsten Anlagen liegen. Ziel ist, nach erfolgreicher Umsetzung des Projektes auf die Inanspruchnahme rohmaterialbedingter Ausnahmen für NH 3 , organische Gesamtemissionen und CO verzichten zu können. Darüber hinaus kann bei der innovativen Technologiekombination aus selektiver katalytischer Reduktion und einem Oxidationskatalysator auf den Einsatz fossiler Energieträger komplett verzichtet werden. Die geplante Anlagenkombination ist auf andere Anlagen der Zementindustrie und ggf. auch auf Unternehmen anderer Branchen übertragbar, da es sich bei dem Ofenabgas der Zementklinkerproduktion um ein sehr herausforderndes Umfeld für die Anwendung abgassensibler Minderungstechniken handelt. Die Demonstration der Funktionsfähigkeit des Verfahrens kann daher Hürden für andere Bereiche abbauen helfen. Weiterhin ist davon auszugehen, dass auch eine Nachrüstung von Oxidationskatalysatoren als eigenständiges Element in Werken mit Low-Dust-SCR-Anlagen und ggf. auch anderen SCR-Varianten zur weitergehenden Reduktion von organischen und CO-Emissionen möglich ist.
Branche: Glas und Keramik, Verarbeitung von Steinen und Erden
Umweltbereich: Luft
Fördernehmer: Holcim GmbH
Bundesland: Baden-Württemberg
Laufzeit: seit 2025
Status: Laufend