Celitement Entwicklung eines nachhaltigen Zementes

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1 Celitement Entwicklung eines nachhaltigen Zementes BMBF-Forum für Nachhaltigkeit, FONA-r 2 Berlin, 22./23. Oktober 2012 Dr. Marc Fylak SCHWENK Zement KG

2 Einführung Was ist Celitement? Celitement GmbH Celitement Bindemittel Die Celitement GmbH ist eine Gründung des KIT, der SCHWENK Zement KG und von Wissenschaftlern des KIT. Die Celitement GmbH entwickelt den Prozess und die Stoffeigenschaften bis zur marktreife von Celitement-Produkten. Celitement ist eine neue Klasse von hoch leistungsfähigen hydraulischen Bindemitteln. Celitement beruht auf neuen Erkenntnissen über das Reaktionsverhalten von Zementen Celitement wird über ein patentiertes Verfahren mit hoher Energieeffizienz hergestellt. Celitement basiert auf den gleichen Rohstoffen wie herkömmliche Zemente und ist ebenso ein trockenes lagerfähiges Pulver. 2

3 Zusätze Einführung Grundlagen Zement Beton 1 m³ Wasser Zement Sand Gestein (Kies, Splitt) 300 kg Zement / m³ Transportbeton (Deutschland, 2011) 3,6 Mrd. Tonnen Zementproduktion weltweit, ) Herstellung: i.d.r. Drehrohröfen bei ca C Rohstoffe: Kalkstein, Mergel, Ton, Sand, Eisenerz CaCO 3 CaO + CO 2 3 1) Quelle: CEMBUREAU,

4 Celitement Das Prinzip Herstellung & Abbinden von klassischem Zement Herstellung 3 CO 2 CO 2 CaO SiO o C 3 CaCO 3 + SiO 2 Ca 3 SiO 5 Erhärtung H 2 O Ca 3 SiO H 2 O 2 Ca(OH) 2 + CaO SiO 2 H 2 O 4 (stark vereinfachte Darstellung der Reaktionen)

5 Celitement Das Prinzip Herstellung & Abbinden von Celitement Herstellung CO 2 CaO SiO o C CaCO 3 CaO + SiO 2 + x H 2 O 200 o C + RM Erhärtung H 2 O + y H 2 O CaO SiO 2 H 2 O 5 (stark vereinfachte Darstellung der Reaktionen)

6 kg CO 2 /t Produkt Celitement Das Prinzip Potential kg (100 %) Rohstoffe thermisch elektrisch Vergleich Spezifische CO 2 -Emission kg (53%) 350 kg (39%) Brennstoff deutsche Steinkohle 575 g CO 2 / kwh elektrisch (dt. Strom-Mix lt. UBA 2009) 300 Daher die Aussage: % weniger CO Zementlinker (gemahlen) kalkreich Celitemente kalkarm 6

7 Elektrischer Energiebedarf kwh/t 250 Celitement Das Prinzip Potential Vergleich Spezifischer Energieverbrauch Gesamtprozess Primärenergie 200 kalkreich 72% 3146 MJ/t 150 Zementklinker kalkarm 48% 2171 MJ/t 100% 4359 MJ/t Daher die Aussage: 50% weniger Energie Thermischer Energiebedarf MJ/t 7

8 Celitement Das Verfahren Schritt 1: Hydrothermalprozess Schritt 2: Reaktionsmahlung Silikatträger (Stützkorn & Reaktionspartner) Klebstoff a-ca 2 [SiO 3 OH](OH) Herstellung eines nicht hydraulisch aktiven Vorproduktes im Autoklaven (z.b. alpha-c 2 SH) Umsetzen des Vorproduktes aus dem Autoklaven mit einem Silikatträger (z.b. Sand, Hüttensand, siliziumreiche Gesteinsmehle) 8

9 Status Scale-up von der Labor- zur Produktionsanlage Laboranlage Pilotanlage Referenzanlage Produktion < 1 kg / Tag Produktion 100 kg / Tag Produktion t / Jahr 9

10 Status Aktuelle Schwerpunkte - Reaktionsmahlung Vorprodukt aus Autoklavenprozess (nicht hydraulisch aktiv) Silikatträger (nicht hydraulisch aktiv) Celitement (Calciumhydrosilikat hydraulisch aktiv) Reaktionsmahlung Tribochemischer Prozess: möglichst hohe Umsetzung Endprodukt ggf. sogar gröber als Aufgabegut messbar nur über Umsetzungsgrad oder Leistungsfähigkeit Beanspruchungssart entscheidend Scale-up anspruchsvoll, da einige Systeme nur im Labormaßstab existieren 10

11 Status Aktuelle Schwerpunkte - Analytik Analytik für den Produktionsprozess Raman-Spektroskopie Kontrolle / Steuerung Autoklav Infrarotspektroskopie Kontrolle / Steuerung Mahlung Röntgendiffraktion Umsetzungsgrad / Effizienz des Prozesses Analytik für weitere Grundlagenforschung Elektronenmikroskopie Gefügeuntersuchung Synchrotron (ANKA) Strukturaufklärung, Tomographie 11

12 Status Aktuelle Schwerpunkte - Produktentwicklung Herstellung der notwendigen Produktmengen für Anwendungs- & Zulassungstests mechanische Prüfverfahren Verarbeitung / Konsistenz Festigkeitsprüfung Dauerhaftigkeit Reaktivität 12

13 Zusammenfassung Anforderungen an neuartige grüne Zemente Zement ist ein Massenbaustoff, d.h. die Rohstoffe für neue Bindemittelkonzepte müssen auch regional in großen Mengen verfügbar sein. Neue Bindemittelkonzepte müssen, bei mindestens gleicher Leistungsfähigkeit wie Zement, über ein extrem gutes Preis/Leistungsverhältnis auch tatsächlich wettbewerbsfähig sein. Die Anwender müssen die neuen Konzepte möglichst ohne Änderungen in bestehenden Anlagen- und Anwendungstechniken einsetzen können 13

14 Potential von Celitement (Benchmark Portlandzement, CEM I) Zusammenfassung Potential & Erfolge Höhere Leistungsfähigkeit durch Produktion eines reinen Klebers ohne größere Mengen reaktiver Nebenbestandteile Reduzierung der CO 2 -Emission um ca. 50 % Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 50 % Ressourcenschonung durch geringeren Verbrauch an Kalkstein Meilensteine Planung, Errichtung und Inbetriebnahme der Pilotanlage (Autoklav) Auslegung der Aggregate für die Reaktionsmahlung Erste anwendungsnahe Versuche zur Produktentwicklung 14

15 Aufbau der pilottechnischen Mahlanlage Weitere Prozessoptimierung Weitere Produktentwicklung Zusammenfassung Ausblick Was ist zu tun? Durchführung von Anwendungs- und Zulassungsversuchen REACH Registrierung (ECHA Helsinki) Datensammlung für die Planung und Auslegung der industriellen Referenzanlage Integration einer ersten Referenzanlage in ein Zementwerk Bauaufsichtliche Zulassung für definierte Anwendungsfelder; baurechtliche und normungstechnische Einbindung in Regelwerke Ziel Herstellung marktreifer Produkte im industriellen Maßstab bis

16 Vielen Dank! Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, 2011 Besuchen Sie uns: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, 2010 Bundesumweltministerium und Bundesverband der deutschen Industrie,