Im Werk Lengfurt von Heidelberg Materials soll 2025 die weltweit erste Carbon Capture and Utilisation (CCU)-Anlage im großtechnischen Maßstab in der Zementindustrie in Betrieb gehen.

Lengfurt: CO₂ abscheiden und wiederverwerten

CO₂ als Rohstoff: Heidelberg Materials und Linde bauen weltweit erste CCU-Großanlage in einem Zementwerk

Heidelberg Materials arbeitet weltweit in verschiedenen Projekten daran, klimaschädliche Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Ein Fokus zur Transformation in eine nachhaltige Zukunft liegt darauf, die brennstoffbedingten CO2-Emissionen sowie den Anteil an Klinker im Zement zu minimieren. Der Ausstoß dieses Treibhausgases lässt sich dadurch aber nur bis zu einem gewissen Grad reduzieren. Denn rohstoffbedingt wird bei der Zementherstellung immer Kohlendioxid frei und damit in die Atmosphäre abgegeben. Eine weitere Minderung ist nur durch die Abscheidung des im Prozess frei werdenden CO2 möglich.

Bau einer Kohlendioxidabscheide- und Verflüssigungsanlage

Heidelberg Materials und Linde haben unter dem Namen „Capture-to-Use“ (CAP2U) ein Joint Venture zum Bau und Betrieb einer Kohlendioxidabscheide- und -verflüssigungsanlage gegründet. Im Werk Lengfurt von Heidelberg Materials soll 2025 die weltweit erste Carbon Capture and Utilisation (CCU)-Anlage im großtechnischen Maßstab in der Zementindustrie in Betrieb gehen. Dies ermöglicht eine Weiterverwertung des abgeschiedenen CO2 aus der Zementproduktion als wertvoller Rohstoff für industrielle Anwendungen. Die geplante Menge an gereinigtem und verflüssigtem CO2 beträgt rund 70.000 t pro Jahr.

Verwertung des CO2 aus der Zementproduktion

Das gewonnene CO2 wird im Rahmen des Joint Ventures zum Großteil durch Linde vermarktet. Das aufbereitete Gas kann dank seiner Reinheit sowohl in der Lebensmittel- als auch in der Chemieindustrie eingesetzt werden, beispielsweise als Kohlensäure in Mineralwasser. Der kleinere Teil wird von Heidelberg Materials genutzt werden, um neue Technologien zum CO2-Recycling und zur Rekarbonatisierung weiter voranzutreiben.

Planung und Bau durch Linde

Die Anlage wird durch Linde Engineering geplant und gebaut – eines der führenden Unternehmen für CO2-Anlagen. Auf Basis einer speziell für Rauchgase entwickelten Aminwäsche wird das Kohlendioxid direkt aus einem Teil des Abgasstroms des Zementklinkerofens abgetrennt. Anlagen zur Reinigung und Verflüssigung, Tanks für die Zwischenlagerung des Produkts sowie Verladeeinrichtungen gehören ebenfalls zum Projektumfang.

Wichtiger Meilenstein für den Bau der Cap2U-Anlage 

Am 14.08.2024 wurden drei wichtige Kolonnen, die zum Herzstück der Kohlendioxidabscheide- und -verflüssigungsanlage des Joint Venture von Heidelberg Materials und Linde zählen, per Schiff nach Lengfurt geliefert. Ende Mai wurde die Equipments aus China auf den Weg gebracht. Im Seehafen Antwerpen wurden die drei Stahlröhren dann am 5. August auf das 110 m lange und 10,50 m breite Binnenschiff MS „Diomedea“ umgeschlagen. Am 12. August kam das Schiff über den Main in Lengfurt an. Am Tag darauf erfolgte die Entladung der Ausrüstungen und in der Nacht zum 14. August wurden die drei Kolonnen mit Schwerlastfahrzeugen vom Binnenhafen zum oberen Zementwerk auf die Baustelle transportiert. Dort werden sie mit allen Anbauteilen wie Plattformen, Steigleitern, Rohrleitungen und Isolierung komplettiert, bevor sie im November aufgestellt werden.

Bei dieser komplexen Aufgabe waren viele Teilnehmer aus unterschiedlichen Bereichen beteiligt. Die Organisation der gesamten Transportkette erfolgte durch Linde Engineering. Die Spedition DB Schenker war mit der Transportdurchführung beauftragt. Die Organisation der „letzten Meile“ sowie die Entladung des Schiffs und das Abladen der Kolonnen auf der Baustelle übernahm schließlich die Firma Riga Mainz. Der Nachlauf auf die Baustelle wurde durch die örtlichen Behörden (Polizei, Straßenverkehrsamt) und Mitarbeiter des Landkreises Main-Spessart begleitet. Für den reibungslosen Ablauf der Arbeiten im Hafengelände und auf der Baustelle sorgten Mitarbeiter von Heidelberg Materials und Linde Engineering. 

Anlieferung der drei Kolonnen per Binnenschiff im Lengfurter Hafen.

Die größte Kolonne ist die 80 Tonnen schwere Absorbtionskolonne mit 55 Metern Höhe; die kleinste ist die DCC Kolonne, wobei DCC für Direct Contact Cooler steht. Hier wird später das entstaubte Rauchgas gekühlt und über einen Waschwasserkreislauf und der Zugabe von Natronlauge von verbleibenden sauren Gasbestandteilen befreit. 

In der Absorbtionskolonne wird durch die Zugabe einer Aminlösung 90 Prozent des sich im Rauchgas befindlichen CO2 abgetrennt, indem das CO2 von der Aminlösung absorbiert wird. Das gereinigte und gekühlte CO2 arme Rauchgas wird am Kopf der Absorbtionskolonne abgezogen und zurück zum Zementwerk geführt, wo es mit dem übrigen Rauchgas zusammen über den vorhandenen Kamin in die Atmosphäre emittiert wird. 

Die mit dem absorbierten CO2 angereicherte Aminlösung wird anschließend zur Regenerierkolonne überführt, wo das aufgenommene CO2 aus der Aminlösung freigesetzt wird. Der CO2-Gasstrom wird dann in die CO2 Aufbereitungs- und Verflüssigungssektion überführt. Die regenerierte Aminlösung steht abschließend wieder zur erneuten CO2 Aufnahme in der CO2 Absorbtionskolonne zur Verfügung.

Meilensteine CAP2U 2024

Meilensteine im CAP2U Projekt

CO2-Neutralität in der Zementbranche als Ziel

Heidelberg Materials, der Vorreiter auf dem Weg zur CO2-Neutralität in seiner Branche, hat die CO2-Abscheidung auf Basis der Aminwäsche-Technologie bereits zwischen 2012 und 2016 im erweiterten Labormaßstab in seinem norwegischen Zementwerk in Brevik erfolgreich getestet. Linde bringt in das Joint Venture seine Expertise in zukunftsweisenden, gasebasierten Umwelttechnologien ein, die es Kunden in aller Welt erlauben, ihre Produktivität zu steigern und gleichzeitig ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern. 

Für die Umsetzung des Projekts in Lengfurt werden die substanziellen Beiträge beider Partner durch Fördermittel in Höhe von rund 15 Mio € aus dem Förderprogramm Dekarbonisierung in der Industrie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) ergänzt.

Für die Umsetzung des Projekts in Lengfurt werden die substanziellen Beiträge beider Partner durch Fördermittel in Höhe von rund 15 Mio € aus dem Förderprogramm Dekarbonisierung in der Industrie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) ergänzt.

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

DE Finanziert von der Europäischen Union

Dr. Dominik von Achten, Vorstandsvorsitzender Heidelberg Materials AG

„Wir freuen uns, gemeinsam mit unserem Partner Linde das weltweit erste CCU-Projekt in der Zementindustrie im großtechnischen Maßstab umzusetzen“, sagt Dr. Dominik von Achten, Vorstandsvorsitzender von Heidelberg Materials. „Als Teil unserer ehrgeizigen, globalen CCUS-Strategie treiben wir derzeit eine Anzahl unterschiedlicher Projekte zur CO2-Abscheidung und -Nutzung in industriellem Maßstab voran. So wollen wir praktikable und effiziente Wege zur Reduktion unseres CO2-Fußabdrucks und zur Weiterverwertung des CO2 identifizieren. Das Projekt in Lengfurt soll bereits 2025 in Betrieb gehen. Die Förderung des BMWK zeigt, welchen Stellenwert auch die deutsche Regierung unserem gemeinsamen Vorhaben beimisst.“

Dr. Mathias Kranz, Vice President On-Site & Bulk Linde GmbH

„Für unsere Kunden ist eine sichere, hochwertige Versorgung mit klimafreundlich produziertem CO2 von besonders hoher Bedeutung“, skizziert Dr. Mathias Kranz, Vice President On-Site & Bulk Linde GmbH, die Anforderungen an eine CO2 -Versorgung. „Mit unserem Partner Heidelberg Materials und der Anlage in Lengfurt können wir in Zukunft nicht nur unser Angebot ausweiten, sondern CO2 nachhaltig und klimafreundlich mit kurzen Transportwegen bereitstellen.“ 

Wie funktioniert die Aminwäsche im Zementwerk?

Bei dem Projekt Cap2U werden die Abgase des Zementklinkerofens durch einen Aminwäscher geleitet, abgeschieden und konzentriert. Bei der Aminwäsche reinigen organische Stickstoffverbindungen, sogenannte Amine, den Abgasstrom von CO2. Dieser wird dem Abgasstrom des Zementwerkes zugeführt und anschließend in die Atmosphäre abgegeben. Das in der Aminlösung gebundene CO2 wird mit Hilfe von Wärme aus der Lösung ausgetrieben und anschließend für die weitere Verwendung vorbereitet.

Mithilfe dieses Prozesses können jährlich bis zu 70.000 Tonnen CO2 abgeschieden werden, was die jährlichen Kohlendioxid-Emissionen des Zementwerks Lengfurt um zehn Prozent verringert. Das abgeschiedene CO2 wird zudem in seiner Qualität so rein aufbereitet, dass es in der Lebensmittelindustrie - beispielsweise als Kohlensäure - eingesetzt werden kann. Die Nutzung von abgeschiedenem CO2 aus der Zementklinkerproduktion für die Lebensmittelmittelbranche wurde bisher nur im Labormaßstab erprobt.

Das Projekt soll die erforderliche hundertprozentige Reinheit im großtechnischen Maßstab sowie die flächendeckende Anwendbarkeit der Aminwäsche-Technologie in der Zementindustrie demonstrieren. Die geplante Anlage ist weiter skalierbar, um perspektivisch CO2 in größeren Mengenströmen ohne umfassende bauliche Maßnahmen in der Zementproduktion abscheiden zu können. Die modular aufgebaute Technologie ist zudem auf weitere energieintensive Industriebranchen übertragbar. 

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