Sauberer Zement: Ohne CO2 und viel schneller als klassische Verfahren

US-Forscher haben ein neues Verfahren zur Herstellung von Zement entwickelt, das den energieintensiven Prozess deutlich beschleunigen und zugleich die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern kann.

Plasma sorgt für massive Hitze

Bei Versuchen verwandelte elektrisch erzeugtes Plasma die Ausgangsstoffe innerhalb weniger Sekunden in Zementklinker. Nach Angaben des Forschungsteams verläuft dieser Prozess nahezu 100-mal schneller als bei der herkömmlichen Herstellung. Entwickelt wurde die Methode von Qi Zheng und Yi Cui von der Stanford University gemeinsam mit Paulo Monteiro von der University of California, Berkeley.

Statt die für die Zementproduktion benötigte Wärme durch die Verbrennung fossiler Energieträger bereitzustellen, setzt das Verfahren auf Plasma. Dabei wird ein ionisiertes Gas mithilfe von Elektrizität auf Temperaturen von mehr als 2400 Grad Celsius erhitzt.


Bei der konventionellen Zementherstellung werden Kalkstein, Ton und weitere Rohstoffe in einem Ofen auf etwa 1450 Grad Celsius erhitzt. Dabei entstehen kleine, harte Klinkerbrocken, die anschließend zu Zementpulver gemahlen werden. Ein erheblicher Teil der CO₂-Emissionen der Industrie entsteht durch die Brennstoffe, die für diese extreme Hitze benötigt werden. Insgesamt verursacht die Zementproduktion rund acht Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen.

Die hohen Temperaturen des Plasma-Verfahrens beschleunigen die Bildung des Klinkers erheblich. Gleichzeitig soll weniger Energie als Abwärme verloren gehen. Während herkömmliche Anlagen laut den Forschern lediglich einen thermischen Wirkungsgrad von etwa 30 bis 40 Prozent erreichen, konnten in den Experimenten fast 80 Prozent der vom Plasma erzeugten Wärme direkt für die Zementproduktion genutzt werden.

Tauglich fürs Recycling

Auch die Eigenschaften des erzeugten Zements seien vielversprechend. Untersuchungen zeigten, dass das Material unter anderem eine ausreichende Haltbarkeit und Verarbeitbarkeit besitzt. Im Elektronenmikroskop entdeckten die Wissenschaftler zudem Strukturen im Nanometerbereich, die durch den Plasma-Prozess entstanden. Diese lösten sich bei Kontakt mit Wasser schnell auf und trugen offenbar dazu bei, dass der Zement schneller aushärtete.

Darüber hinaus könnte das Verfahren das Recycling von Baustoffen erleichtern. Zementabfälle könnten direkt als Ausgangsmaterial dienen und so dazu beitragen, sowohl Abfall als auch Emissionen zu reduzieren. Wird für das Plasma ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen eingesetzt, könnte zudem die eigentliche Beheizung nahezu emissionsfrei erfolgen. Nun wollen die Forscher gemeinsam mit Unternehmen aus der Zementbranche prüfen, ob sich die Technologie auf industrielle Produktionsmengen übertragen lässt.


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