Kohlenstoffabscheidung und -nutzung in der Herstellung nachhaltiger Baumaterialien

Die vorliegende Arbeit fokussiert sich auf die Herausforderungen der Zement- und Kalkindustrie im Kontext des Klimawandels und der CO2-Reduktion. Diese Industrien stehen für erhebliche Treibhausgasemissionen und die Technologie der Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (CCU) bietet vielversprechende Ansätze zur Bewältigung dieser Problematik. Das Hauptziel der Arbeit besteht darin, zu untersuchen, inwieweit der Baustoffsektor durch die Integration von CCU-Technologien sein eigenes CO2 nutzen kann. Dies wird anhand zweier Hauptfragen beleuchtet: Wie viel CO2 wird derzeit durch die Herstellung von Zementklinker und Kalk in Deutschland erzeugt und wie viel davon kann mithilfe von Kohlenstoffabscheidetechnologien in nachhaltige Baumaterialien umgewandelt werden?

Mithilfe einer Kohlenstoffbilanzierung ergab sich, dass jährlich 13,53 Mio. t unvermeidbare CO2-Emissionen durch die Zement- und Kalkindustrie entstehen. Diese können nur durch den Einsatz von Kohlenstoffabscheidetechnologien reduziert werden. Unter den Kohlenstoffabscheidetechnologien wurde das Projekt LEILAC als vielversprechendste Technologie identifiziert. Weiterhin wurden drei Baumaterialien identifiziert, die von der Kohlenstoffnutzung profitieren können, wobei die vollständige Integration der CCU-Technologie etwa 30% der unvermeidbaren Emissionen nutzen könnte. Die mineralische Karbonatisierung zeigt dabei ein besonderes Potential, CO2 langfristig in Baustoffen zu binden. Die Arbeit betont die Bedeutung einer ganzheitlichen Betrachtung der CCU im Rahmen der CO2-Wertschöpfungskette, wobei die Logistik als besondere Herausforderung betont wird. Die zukünftige Forschung sollte sich auf die Optimierung des Kohlenstoffeinsatzes in Baumaterialien, die Einheitlichkeit im Nutzungspotenzial sowie auf Ökobilanzierungen konzentrieren. Die Implementierung von CCU-Technologien wird nicht nur zum Klimaschutz beitragen, sondern auch nachhaltige Baumaterialien für die Zukunft schaffen.

This paper focuses on the challenges of the cement and lime industries in the context of climate change and CO2 reduction. These industries represent significant greenhouse gas emissions and carbon capture and utilization (CCU) technology offers promising approaches to tackle this issue. The main objective of the thesis is to investigate to what extent the building materials sector can utilize its own CO2 by integrating CCU technologies. This is analysed on the basis of two main questions: How much CO2 is currently generated by the production of cement clinker and lime in Germany, and how much of this can be converted into sustainable building materials using carbon capture technologies?

With the help of carbon accounting, was found that 13.53 Mio. t of unavoidable CO2 emissions are produced annually by the cement and lime industry. These can only be reduced through the use of carbon capture technologies. Among the carbon capture technologies, the LEILAC project was identified as the most promising technology. Furthermore, three building materials have been identified that can benefit from carbon utilization, whereby the full integration of CCU technology could utilize about 30% of unavoidable emissions. Mineral carbonation shows particular potential to bind CO2 in building materials in the long term. The paper emphasizes the importance of a holistic view of CCU within the CO2 value chain, with logistics being highlighted as a particular challenge. Future research should focus on optimizing the use of carbon in building materials, consistency in use potential and life cycle assessments. The implementation of CCU technologies will not only contribute to climate protection, but also create sustainable building materials for the future.