Metalle als CO2-neutrale Brennstoffe in der Zementherstellung
Forschungsstellen:
RU Bochum, Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik, Prof. Scherer
Verein Deutscher Zementwerke VDZ, Dr. Schneider
IGF – Förderummer: 24705 N
Erfüllung: 01.02.2026 – 31.07.2028
Kurzfassung:
Die Herstellung von Zementklinker ist für etwa 8 % der globalen, anthropogenen CO₂-Emissionen verantwortlich – ein erheblicher Teil davon stammt aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Um diese Emissionen zu reduzieren, wird im Projekt „Me²Cem“ untersucht, ob Metallbrennstoffe (Metal Fuels) wie Eisen (Fe), Aluminium (Al) und Silizium (Si) als CO₂-neutrale Energieträger in der Zementindustrie eingesetzt werden können.
Metal Fuels speichern erneuerbare Energie bei der Reduktion von den zugehörigen Metalloxiden mittels Elektrolyse oder thermochemisch durch Reduktion mit grünem Wasserstoff. Bei ihrer Verbrennung entsteht Wärme, die den Energiebedarf im Zementprozess decken kann. Gleichzeitig liefern die Oxidationsprodukte dieser Metalle (z. B. Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂) essentielle Bestandteile für den Zementklinker – ein doppelter Nutzen, da so weniger Zusatzstoffe zugeführt werden müssen. Zudem kann ein Energieüberschuss entstehen, der für CO₂-Abscheidung, Trocknungsprozesse oder sonstige Auskopplung nutzbar ist.
Im Projekt werden die folgenden zentralen Fragen adressiert:
• Technisch: Wie lassen sich Fe, Al und Si im Zementprozess effizient verbrennen? Wie wirken sich die Oxidationsprodukte auf die Klinkerqualität aus?
• Wirtschaftlich: Ist der Einsatz von Metal Fuels im Vergleich zu konventionellen Brennstoffen unter Berücksichtigung von CO₂-Zertifikaten, Zusatzstoffkosten und eventuellem Einfluss auf die Zementqualität wettbewerbsfähig?
• Ökologisch: Können Metal Fuels zur signifikanten CO₂-Reduktion beitragen?
Das Projekt umfasst experimentelle Arbeiten (z. B. im Fallrohrreaktor zur Charakterisierung der Verbrennung), numerische Modellierung (CFD-Simulationen) sowie großtechnische Versuche in Zementwerken. Eine wirtschaftliche Betrachtung for CAPEXund OPEX durch den Einsatz von Metal Fuels rundet das Forschungsprofil ab. Besonderes Augenmerk liegt auf der Wechselwirkung zwischen Metallverbrennung, Rohmehl und den verschiedenen Gasatmosphären im Prozess (Primär-, Sekundär- und Tertiärluft). Es soll ein durch Daten validiertes Simulationswerkzeug entstehen, das die Integration von Metal Fuels in bestehenden Zementwerken vorhersagbar macht.
Die Forschungsstellen Ruhr-Universität Bochum (LEAT) und der Verein Deutscher Zementwerke (VDZ) bündeln ihre Expertise: LEAT bringt Erfahrung in der Metallverbrennung und CFD-Modellierung ein, der VDZ liefert anlagenspezifisches Know-how und Prozesssimulationen. Die Arbeit erfolgt in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern und soll über Abschlussberichte, Workshops und Open-Source-Tools in die Praxis überführt werden.
Das Projekt verspricht einen relevanten Beitrag zur Klimaneutralität der Zementindustrie und eröffnet gleichzeitig neue Märkte für KMU, insbesondere in der Brennstoffherstellung, Anlagentechnik und Prozessberatung.