Stahl- und Zementindustrie Unbekannte Schlacken für das Bauwesen aufbereiten

Stahl- und Zementindustrie sind eng miteinander verzahnt, um durch crossindustrielle Zusammenarbeit Ressourcen zu schonen und Treibhausgase zu vermeiden. Die bisherigen Nebenprodukte der integrierten Stahlproduktion kommen seit Jahren insbesondere im Bauwesen zum Einsatz: Hochofenschlacken werden zu Hüttensand granuliert und dann als Zementbestandteil oder als Gesteinskörnung im Beton und Verkehrsbau genutzt.

Um CO₂-Emissionen drastisch zu reduzieren, sollen die traditionellen Prozesse der Stahlerzeugung mittels Hochofen-Konverter-Route in Deutschland aber nun Stück für Stück auf eine Direktreduktion (DR) mit Einschmelzer umgestellt werden. Das bedeutet, dass Eisenerz zu festem Eisenschwamm reduziert und anschließend zu einem Elektroroheisen aufgeschmolzen wird.

Dadurch entstehen chemisch und mineralogisch völlig veränderte Schlacken, deren Eigenschaften bisher weitgehend unbekannt sind. Etablierte Verwendungswege in Zement- und Bauindustrie sind deshalb zu überprüfen.

Wichtiger Beitrag zum Klimaschutzplan 2050

Hier setzt das Projekt „Save CO₂“ an. Es will die neuartigen Schlackenprodukte so analysieren und weiterentwickeln, dass sie sich weiterhin in der Zementindustrie einsetzen lassen. Insbesondere gefragt sind latent hydraulische Bindemittel, ähnlich dem heutigen Hüttensand, oder sogenannte Puzzolane. Die Synergien zwischen Zement- und Stahlindustrie sollen dabei erhalten bleiben.

„Mit ,Save CO₂‘ liefert das Projektkonsortium einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung, da das Team treibhausgasvermeidende Prozesse und Verfahrenskombinationen in zwei Industriebranchen mit großen Hebelwirkungen auf CO₂-Emissionen entwickelt“, sagt Jochen Nühlen, Business Development Manager des Bereichs Produkte am Fraunhofer Umsicht. „Durch die fünf Projektpartner ist die gesamte Wertschöpfungskette von der Erzeugung der Schlacken über deren Konditionierung bis hin zur Anwendung im Zement und Beton abgebildet, sodass wir uns wegweisende Innovationen für eine zirkuläre Kreislaufwirtschaft erhoffen und zugleich die bestehenden Synergien zwischen Zement- und Stahlindustrie sichern können.“

Zu den Projektpartnern zählen neben dem Fraunhofer Umsicht die Firmen HeidelbergCement und Thyssenkrupp Krupp Steel Europe sowie das Institut für Technologie und Metalle der Universität Duisburg-Essen und das FEhS – Institut für Baustoff-Forschung. Angelegt ist das Projekt auf vier Jahre und Teil der BMBF-Fördermaßnahme „KlimPro-Industrie“.

Ökologische und ökonomische Bewertung

Im Projekt erzeugen die Partner kleintechnisch eine rohstoffbedingte Vielzahl von neuen SAF-Schlacken (Sonderform von Elektroofen-Schlacken) und charakterisieren deren chemische und mineralogische Zusammensetzung, Mahlbarkeit sowie umweltrelevante Auslaugbarkeit. In einem zweiten Schritt müssen die Schlacken dann so konditioniert werden, dass sie als reaktive Komponente in Zement und Beton einsetzbar sind.

Das Fraunhofer Umsicht ist für die ökologische Prozessbewertung zuständig und arbeitet mit den Partnern zudem an der ökonomischen Analyse. So erstellt das Team eine Ökobilanzierung der Metallerzeugung mittels der Direktroute, der Schlackenbehandlung und der Hüttensanderzeugung. Die Ergebnisse aus der Analyse und Bewertung aller ökonomischen und ökologischen Aspekte der neuartigen Verfahren sollen die Voraussetzung dafür schaffen, die Prozesse in den relevanten Industrien zur Anwendung zu bringen.