Forschung : Wie sich Zement aus der Sonne herstellen lässt

Energiewende ist keine Illusion, das haben Forschungen und Versuche der DLR Teams zum Jahreswechsel bewiesen, die einmal mehr der Kraft der Sonne mächtige Energie abgewinnen konnten. Sogar bei der Erzeugung von Zement. Aber: Kann Solarenergie die fossilen Energieträger wirklich ablösen? Forscher haben für den Produktionsprozess von Zement untersucht, wie Solarenergie fossile Energieträger ersetzen kann. Dazu wurde in einem Solarsimulator in Köln der erste Schritt der Herstellung, die so genannte Kalzinierung von Zementrohmehl, in einem Drehrohrofen erfolgreich getestet.

Der rotierende Reaktor kann sowohl mit natürlichem als auch mit künstlichem Licht betrieben werden, jedoch entschieden sich die Forscher auf Grund der geringen Sonnenstunden im Winter für den Test im Simulator: „Der Hauptzweck des Simulators ist es, kontinuierliche Bedingungen zu haben“, erläutert Solar-Experte Gkiokchan Moumin, der zu diesem Projekt am Institut für Solarforschung seine Doktorarbeit schreibt, „nach der Charakterisierung und Optimierung des Reaktors ist es möglich, diesen mit wenigen Einstellungen in den Parametern an reale Bedingungen anzupassen.“ Zement ist eines der am häufigsten verwendeten Güter weltweit. Seine Produktion erfordert hohe Temperaturen, die überwiegend durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt werden. „Eine Solarisierung dieses Prozesses würde somit einen wichtigen Beitrag zur Reduktion von globalen Emissionen bewirken“, so Gkiokchan Moumin.

Ziel der Versuche war es, den zuverlässigen und mehrstündigen Betrieb des Solar-Reaktors über mehrere Tage verteilt zu realisieren. Das Rohmaterial wurde dazu im Drehrohrofen mit unterschiedlichen Flussraten bis auf eine Temperatur von 1000 Grad Celsius erhitzt - eben auf jene hohe Temperatur, bei der die entscheidende chemische Reaktion einsetzt. Dabei gelang es den Wissenschaftlern, hochwertiges, kalziniertes Zementrohmehl in derselben Produktqualität herzustellen, wie es mit konventionellen Reaktoren möglich ist. „Die Handhabung mit dem Material war dabei die größte Herausforderung“, betont Moumin, „wir verarbeiteten sehr feines Zementrohmehl, das als Ausgangsmaterial der Produktion gilt“. Denn die Fließfähigkeit des Materials ist begrenzt und seine Verarbeitung bei 1.000 Grad Celsius mit Staubanfall-Minimierung schwierig.

Der Test mit dem Solar-Drehrohrofen wurde im Rahmen von Solpart realisiert, einem Gemeinschaftsprojekt von zehn europäischen Partnern aus Forschung und Industrie, und außerdem durch Horizon 2020, einem Rahmenprogramm der Europäischen Union, co-gefördert. Mit dem Drehrohrofen als robuster Reaktor, der Partikel verschiedener Größen zuverlässig auf eine beliebige Temperatur bis zu 1.100 Grad Celsius erhitzen kann, eröffnen sich neue Möglichkeiten für konzentrierte Solarenergie. Denn damit öffnet sich ein breites Anwendungsspektrum für den Einsatz in industriellen chemischen Prozessen, bei denen Hochtemperatur-Anwendungen zur Herstellung von verarbeiteten Partikeln nötig sind, so etwa für die Branntkalk-, Phosphat- und vor allem die Zementindustrie.