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Ultraschallgestützte Produktion der Betonfertigteile mit Vorzeigefunktion der Minderung von Umweltbelastungen und der CO2-Emission durch Verzicht auf Wärmebehandlung und Einsatz klinkerarmer Zemente

Die MATTIG & LINDNER GmbH ist ein mittelständisches Bauunternehmen mit Sitz in Forst/Lausitz und in den Bereichen Hochbau, Hallenbau, Betonfertigteilherstellung, Transportbeton und Bewehrungsbau tätig. Die Betonherstellung ist für acht Prozent der weltweiten CO 2 -Emissionen verantwortlich. Gründe dafür sind der hohe Energiebedarf durch hohe Klinkerbrandtemperaturen sowie die dabei stattfindende Entsäuerung des eingesetzten Kalksteins. Beton besteht aus Zement, Wasser, Sand, Kies und chemischen Zusatzstoffen. Für die hohe CO 2 -Last der Betonherstellung ist der Zement verantwortlich. Bei der Zementherstellung wird Kalkstein und Ton sehr fein gemahlen und bei Temperaturen über 1.500 Grad Celsius zu Klinker, der reaktiven Komponente des Zements, gebrannt. Das im Kalkstein gebundene CO 2 wird dadurch freigesetzt. Mit der Herstellung von Portlandzement geht die Freisetzung von bis zu einer Tonne CO 2 pro Tonne Zement, je nach eingesetzten Brennstoffen, einher. Bei einem Jahresoutput von 3.000 – 5.000 Kubikmeter Beton und Einsatz von ca. 350 Kilogramm Zement pro Kubikmeter Beton werden bei ausschließlicher Nutzung von Portlandzement bis zu 1.050 und 1.750 Tonnen CO 2 pro Jahr emittiert. In der Betonfertigteilproduktion sind schnelle Taktzeiten erforderlich. Die Betonteile müssen eine hohe Frühfestigkeiten aufweisen, damit das Produkt früh entschalt werden kann. Um diese zu erreichen wird nach Stand der Technik ein hoher Zementgehalt eingesetzt. Die damit erreichte Endfestigkeit liegt in der Regel über dem konstruktiv notwendigen Maß. Dies führt zu einem Überverbrauch an Zement und somit zu vermeidbaren CO 2 -Emissionen. Technisch betrachtet kann dieses Problem durch die Zugabe von Chemikalien („Beschleunigern“) zumindest teilweise umgangen werden. Diese Zusatzstoffe sind jedoch aufwändig in der Herstellung und erdölbasiert, nur bei bestimmten Randbedingungen einsetzbar und erfordern eine energieaufwändige Wärmebehandlung in der kalten Jahreszeit, um ihre Wirkung entfalten zu können. Die MATTIG & LINDNER GmbH verfolgt in diesem Vorhaben eine physikalische Behandlungsmethode, die auf Chemikalien und Wärmebehandlung verzichtet und prozessstabil ist. Der Betonmischung wird eine Vormischanlage mit einer Hochleistungsultraschallanlage vorgeschaltet. Mit dem Hochleistungsultraschall als eine Art Katalysator soll die Zementhydratation angeregt werden, was zu einer besseren Dispergierung des Zementes in der Betonmischung führt, so dass mehr Zementkornoberfläche für die Abbindereaktion zur Verfügung steht. Darüber hinaus wird die Bildung der festigkeitsgebenden Calcium-Silikat-Hydrat-Phasen beschleunigt. Bei gleicher Abbindedauer und gleicher Frühfestigkeit des Betons kann zum einen der Zementanteil reduziert werden und zum anderen können Zemente mit geringerem Klinkeranteil, in denen der Klinker teilweise durch beispielsweise Kalksteinmehl ersetzt wird, eingesetzt werden. Zudem kann dadurch auch auf eine bisher durchgeführte Wärmebehandlung der Betonfertigteile verzichtet werden. Bei einer Jahresproduktion von 3.500 Kubikmeter Beton im Jahr 2022 und einem durchschnittlichen Zementgehalt von ca. 340 bis 380 Kilogramm Zement pro Kubikmeter Beton bedeutet dies einen Einsatz von ca. 1.200 Tonnen Zement. Der aktuelle Zementmix bei MATTIG & LINDNER ergibt damit einen Klinkereinsatz von 1.072 Tonnen. Mit dem neuen Verfahren soll der Klinkereinsatz auf etwa 785 Tonnen reduziert werden, sowohl durch die Reduktion der Gesamtmenge an Zement um 10 Prozent als auch über den Einsatz klinkerärmerer Zemente. Bei einer Emissionsannahme von 909 Tonnen CO 2 pro Jahr sollen durch die Hochleistungsultraschallbehandlung rund 250 Tonnen an CO 2 eingespart werden, dies entspricht einer Einsparung von rund 25 Prozent. Durch den Wegfall der Wärmebehandlung können zudem jährlich 35.000 Liter Erdgas und damit weitere 60 Tonnen CO 2 eingespart werden. In Summe werden prozess- und energiebedingt rund 310 Tonnen an CO 2 pro Jahr eingespart, dies entspricht rund 34 Prozent der CO 2 -Emissionen. Das Vorhaben reduziert modellhaft die Emission von CO 2 und erfüllt so als eine der wenigen technischen Einflussmöglichkeiten in der Betonherstellung die Anforderungen des Klimaschutzprogramms der Bundesregierung. Das Verfahren ist auf alle Fertigteilbauwerke übertragbar und besitzt damit einen hohen Modellcharakter. Branche: Baugewerbe/Bau Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: MATTIG & LINDNER GmbH Bundesland: Brandenburg Laufzeit: seit 2023 Status: Laufend

Development of the cement clinker production under the EU ETS

This report summarizes the main trends and drivers of the cement sector in the time period 2005-2017 in the EU28 and provides a compilation of key figures on the cement clinker industry for selected countries. The report focuses on the developments during the third trading period of the EU ETS since 2013 and analyses the countries within the EU28 with the highest contribution to total emissions of cement clinker production: Germany, Spain, France, United Kingdom, Italy, Poland and Greece. By providing key information from past developments, this report sets a solid basis for future projections and the design of climate policy. Veröffentlicht in Climate Change | 04/2025.

KI-assistierter 3D-Druck für Baustoffe, Teilvorhaben: Bauchemie und Zusatzmittel für den Beton-3D-Druck

Das Projekt "KI-assistierter 3D-Druck für Baustoffe, Teilvorhaben: Bauchemie und Zusatzmittel für den Beton-3D-Druck" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Master Builders Solutions Deutschland GmbH.

H2-Reallabor Burghausen / ChemDelta Bavaria, Teilvorhaben: I

Das Projekt "H2-Reallabor Burghausen / ChemDelta Bavaria, Teilvorhaben: I" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Südbayerische Portland-Zementwerk Gebr. Wiesböck & Co. GmbH.

Nachweis der Machbarkeit der CO2-Abtrennung mittels CycloneCC-Technologie in der Zementindustrie

Das Projekt "Nachweis der Machbarkeit der CO2-Abtrennung mittels CycloneCC-Technologie in der Zementindustrie" wird/wurde ausgeführt durch: Holcim (Süddeutschland) GmbH.Holcim (Süddeutschland) GmbH wird in dem Vorhaben der Erstanwender der sogenannten 'CycloneCC-Technologie' als 'End-of-Pipe'-Lösung innerhalb der Zementindustrie im industriellen Maßstab sein. Im Projekt PRIDE-ID wird ein Versuch der Technologie zur Abscheidung unvermeidbarer CO2-Emissionen mittels realer Prozessgase in einem Zementwerk erfolgen. Die CycloneCC-Technologie, welche eine CO2-Abtrennung mittels Rotating Packed Bed-Komponente einsetzt, ist als innovative, kostengünstige CO2-Abscheidungstechnologie von dem Unternehmen Carbon Clean entwickelt worden (eingebunden als Unterauftragnehmer). Zudem ist im Rahmen des zu fördernden Vorhabens die Universität Stuttgart als Projektpartner eingebunden, welche den Einsatz der CycloneCC-Technologie wissenschaftlich begleiten und CO2-Nutzungsszenarien für eine perspektivische Skalierung der Technologie erarbeiten wird. Als weiterer wissenschaftlicher Partner charakterisiert das Institut für Nichtklassische Chemie e.V. die Wirkkomponenten und deren Alterungsprodukte in der Aminlösung und identifiziert die Mechanismen der Alterungsreaktionen. Ziel des Projekts ist die Installation einer Versuchsanlage zur CO2-Abtrennung mit der CycloneCC-Technologie im Zementwerk Dotternhausen, um 10 TPD CO2 aus dem Gasstrom des Zementwerks abzuscheiden. Das Projekt wird am Gelände des Holcim Zementwerk in Dotternhausen und unter Verwendung eines Teilabgasstromes des Werkes stattfinden. Holcim wird die Testkampagne durch Mitarbeiter vor Ort unterstützen und Probenentnahmen gewährleisten. Anschließend wird Holcim bei der Erarbeitung des Skalierungskonzept unterstützen. Holcim wird weitreichende Kenntnisse im Bereich Verbrennungsprozess und Betriebsweisen in der Zementproduktion, der Verwendung von CO2 als Rohstoff sowie erforderliche Prozessdaten (u.a. für die Charakterisierung der Stoffströme und potenzielle Störkomponenten) in das Vorhaben einbringen.

KlimPro: Schaffung einer alternativen Verwendung einer auf DRI-Basis erzeugten Elektroofenschlacke für die Zementindustrie zur Verringerung der CO2-Emissionen

Das Projekt "KlimPro: Schaffung einer alternativen Verwendung einer auf DRI-Basis erzeugten Elektroofenschlacke für die Zementindustrie zur Verringerung der CO2-Emissionen" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: FEhS, Institut für Baustoff-Forschung e.V..

KlimPro: Karbonatisierungshärtung

Das Projekt "KlimPro: Karbonatisierungshärtung" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: HeidelbergCement AG.

Begleitforschung zum großskaligen Aufbau der Produktion von grünem Methanol und DME in Chile, Teilvorhaben: AP4: Analytik, Sensorik und Integration/Optimierung des CO2 Abscheideprozesses

Das Projekt "Begleitforschung zum großskaligen Aufbau der Produktion von grünem Methanol und DME in Chile, Teilvorhaben: AP4: Analytik, Sensorik und Integration/Optimierung des CO2 Abscheideprozesses" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC), Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau.

KlimPro: Karbonatisierungshärtung, Teilprojekt 5: Umsetzung im Industriellen Maßstab

Das Projekt "KlimPro: Karbonatisierungshärtung, Teilprojekt 5: Umsetzung im Industriellen Maßstab" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung. Es wird/wurde ausgeführt durch: Lithonplus GmbH & Co. KG.

Innovative Technologien zur Entwicklung eines neuartigen reaktiven Betonzusatzstoffs aus feinem Betonabbruch (Brechsand) - Ressourceneffizienz im Baustoffrecycling, Teilvorhaben: Reduktion des Klinkeranteils in Beton als Betonzusatzstoff und in Zement als Hauptbestandteil

Das Projekt "Innovative Technologien zur Entwicklung eines neuartigen reaktiven Betonzusatzstoffs aus feinem Betonabbruch (Brechsand) - Ressourceneffizienz im Baustoffrecycling, Teilvorhaben: Reduktion des Klinkeranteils in Beton als Betonzusatzstoff und in Zement als Hauptbestandteil" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: TBS Transportbeton Rhein-Neckar GmbH & Co. KG.Beton ist ein unverzichtbarer Baustoff, ohne den es nicht gelingt, systemrelevante Bauwerke in tragfähiger und dauerhafter Art und Weise zu errichten. Bei der Herstellung von Zement als Bindemittel werden jedoch große Mengen thermischer Energie benötigt und prozessbedingt erhebliche Mengen Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Der bisher maßgebliche verfolgte Ansatz, Zement anteilig durch Betonzusatzstoffe (z.B.Flugasche) auszutauschen, stößt jedoch aufgrund ihrer in Zukunft eher sinkenden Verfügbarkeit an seine Grenzen. Das Ziel dieses Forschungsantrags umfasst daher die Entwicklung eines neuartigen reaktiven Betonzusatzstoffs, der durch eine thermomechanische Aufbereitung aus rezykliertem Betonbruch gewonnen werden soll. Hierfür wird die gesamte Prozesskette von der Rohstoffverfügbarkeit über die prozesstechnischen Randbedingungen der Betonzusatzstoffherstellung im Labor sowie kurz- und langzeitige Bindemittel- und Betoneigenschaften, die Produkt- und Bauteilherstellung im Technikumsmaßstab bis hin zur Ökobilanzierung untersucht. Für die Betonherstellung streben wir einen reaktiven Betonzusatzstoff an, der Flugasche und andere Betonzusatzstoffe vollständig substituieren und ggf. übertreffen kann. Ziel ist ein k-Wert größer als 0,4. Bei Zement ist eine Hauptbestandteilreduktion des Klinkers von 35-50% Ziel des Forschungsprojektes. Hier soll ein CEM II/B und ein CEM II/C entwickelt werden.

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