Mit Kohlendioxid werden Schlacken zu höherwertigen Produkten

ie Stahl- und Zementindustrie zählt zu den größten Emittenten von CO₂ und erzeugt jährlich in Deutschland rund 14 Millionen Tonnen Eisenhüttenschlacken. Das Projekt »NuKoS« entwickelt Lösungen, um diese beiden Herausforderungen anzugehen: Einerseits entwickelt das Projektteam Prozesse, um CO2 aus Prozessgasen etwa der Stahl- und Eisenindustrie oder der Zementindustrie stofflich zu nutzen, um so die Rohstoffproduktivität für Produkte in unterschiedlichen Branchen zu erhöhen und gleichzeitig CO₂ zu minimieren. Zudem kommen insbesondere Schlacken zum Einsatz, die derzeit noch überwiegend deponiert werden, wodurch Deponiekapazitäten verringert und natürliche Ressourcen geschont werden können. Aufgrund des hohen Gehalts an freiem CaO können einige Stahlwerksschlacken konventionelle Zementbinder in Baustoffen sowie fossilen Kalkstein ersetzen und CO2 dauerhaft binden

Das Projektkonsortium – bestehend aus acht Partnern aus Forschung und Industrie – verfolgt insbesondere folgende drei Prozesse: Bei einer Methode sollen aus Stahlwerksschlacken (SWS) zementfreie Baustoffe wie Dämm- und Baumaterialien hergestellt werden. Hierzu wollen die Forschenden die schmelzflüssige Phase von LD-Schlacken nutzen, um neue, hochwertige Produkte erzeugen zu können. Durch Einblasen von CO₂ sollen die SWS so aufgeschäumt werden, dass ein poriges Material mit geringer Rohdichte entsteht – ähnlich einem Bimsstein. Solch ein Material wäre beispielsweise als Akustikwerkstoff oder als Wärmedämmstoff einsetzbar. Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit der SWS ist es sogar gegenüber konventionellen Materialien besser für diesen Zweck geeignet. »Wir starten mit Versuchen im Labormaßstab, wollen aber im Projekt einen 5 t-Maßstab erreichen«, erklärt David Algermissen, der Projektkoordinator vom FEhS – Institut für Baustoff-Forschung e.V.

CO₂-emissionsarme Baustoffe

In einem weiteren Prozess kommt erstarrte, frische, feinkörnige Schlacke zum Einsatz. Die bisher deponierten Feinfraktionen werden zunächst durch mechanische Aufbereitung wie Mahlung, Sortierung und Klassierung auf die notwendige Kornverteilung gebracht. In einem zweiten Schritt können dann durch Carbonatisierung mittels verdichtetem Kohlendioxid neue hochwertige Grundstoffe für die Bauindustrie hergestellt werden – beispielsweise zementfreie, CO₂-emissionsarme Fertigbauteile sowie Schüttdämmungen auf Basis von SWS. In einem dritten Prozess wollen die Projektpartner neue Prozesse entwickeln, um Calciumcarbonat aus Schlacken für die Weiterverarbeitung in beispielweise der Papierindustrie bereitzustellen. Dafür kommen die erstarrten und für den Verkehrswegebau technisch ungeeigneten Schlacken zum Einsatz, die derzeit aufgrund minderwertiger physikalischer Eigenschaften nicht weiter stofflich verwertet werden. Weltweit werden derzeit etwa 75 Millionen Tonnen Calciumcarbonat jährlich verbraucht, wofür fast ausschließlich natürlicher Kalkstein abgebaut wird.

Die großtechnische Herstellung solcher höherwertigen Produkte aus Schlacken allein mithilfe von CO₂ ist bisher einzigartig in Deutschland. Die Extraktion von Calcium und die Fällung von Calciumcarbonat soll dabei nur mit CO₂ durchgeführt werden. »Das Projekt hat ein großes Potenzial, die Rohstoffbasis der deutschen Wirtschaft zu verbreitern und die ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft auszubauen. Eine große Herausforderung besteht in der stark variierenden Qualität und Quantität der Schlacke. Auch die Konditionierung der schmelzflüssigen SWS durch das Einblasen von CO₂ ist aufwendig und bisher unerprobt«, sagt Michael Prokein. Das Projektkonsortium wird alle neu erzeugten Produkte auch durch ökobilanzielle Methoden analysieren, testen und ganzheitlich bewerten. Das Projekt bietet somit gute Voraussetzungen, um die neu zu entwickelnden Prozesse bezüglich der Zirkularität auf andere Grundstoffe und Baustoffe zu übertragen.

Förderhinweis

Das Projekt »NuKoS« – Nutzung von Kohlenstoffdioxid in Schlacken aus Stahl- und Metallproduktion – wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und läuft vom 1. Februar 2020 bis zum 31. März 2023.

Kompetenzen des Fraunhofer UMSICHT

• Nachhaltigkeit und Partizipation