2. Dezember 2021

Natur pur – Ziegelproduktion und Klimaschutz

Frankfurt am Main (pm) – Er ist fast perfekt. Einfach herzustellen aus Ton, Sand und Wasser, nachhaltig, leicht formbar, gut isolierend, bewährt seit Jahrtausenden und wiederverwendbar. Vielleicht etwas teurer im Bau, dafür individuell in der Gestaltung. Von seiner Ästhetik zeugen noch heute Kathedralen, Burgen, berühmte Bauwerke, ja ganze Städte. Er hält – vor allem, was er verspricht in puncto Nachhaltigkeit. Der Ziegel. Allerdings: Kein Ziegel ohne Brennvorgang. Doch in der Herstellung sind bereits Maschinen im Einsatz, die diesen Prozess umweltfreundlicher machen.

Um die Lebensgrundlage für die Menschheit langfristig zu sichern, ist Klimaschutz unerlässlich. Mit dem European Green Deal kam das klare Signal, nun endlich den Kurs entsprechend zu ändern und die Segel neu zu setzen. Das betrifft die Herstellung des Baumaterials ebenso wie nachhaltiges Bauen. In vielen Unternehmen laufen diese Wandlungsprozesse schon lange, denn Klimaschutz bedeutet auch, neue Chancen zu nutzen und neue Ideen, Geschäftsmodelle und Produktionsprozesse umzusetzen. Wer nachhaltig im Interesse der Umwelt produziert, kann dies als Wettbewerbsvorteil nutzen. Zunehmend im Fokus steht in vielen Branchen die Kreislaufwirtschaft. Sie ist per se ein geschlossenes Gesamtkonzept und besteht momentan oft noch aus Puzzleteilen. Leider fehlen in den Unternehmen häufig die richtigen Strukturen und Kapazitäten, um dieses Thema konsequent verfolgen zu können. Das soll sich ändern. Auch in der grobkeramischen Industrie.

Ein idealer Baustoff

Ziegel sind und bleiben der nachhaltigste Baustoff überhaupt. Sie bestehen aus natürlichen Rohstoffen und sind hervorragend in der Wärmedämmung. Altziegel sind als Wertstoff gefragt, mit den richtigen Recyclingtechnologien sind sie als Wandbildner, Dacheindeckung, als Gesteinskörnung im Bau von Bodenbelägen oder als Vegetationssubstrat verwendbar. Laut Bundesverband der deutschen Ziegelindustrie lassen neue Entwicklungen in Trenn- und Sortiertechnik die Prognose zu, dass Ziegel künftig nahezu vollständig dem Stoffkreislauf zurückgeführt werden können. Ziegel sind nicht nur nachhaltig und recyclingfähig, sondern wieder zunehmend attraktiv in der modernen Architektur. Diese Entwicklung dürfte einhergehen mit einem höheren Bedarf. Laut Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie werden allein in Deutschland jährlich rund neun Millionen Tonnen Ziegel produziert. Die Ziegelindustrie ist, gemessen am Umsatz, einer der wichtigsten Sektoren der deutschen Baustoffindustrie. Laut statista erzielten die im Bereich Herstellung von Ziegeln und sonstiger Baukeramik tätigen Betriebe in Deutschland im Jahr 2019 einen Umsatz in Höhe von rund 1,2 Milliarden Euro (https://de.statista.com/statistik/daten/studie/588151/umfrage/umsatz-der-deutschen-ziegelindustrie/).

Weniger CO2-Emissionen mit fortschrittlichen Maschinen

Die Ziegelproduktion ist sehr energieintensiv. Das ist ein Nachteil. An diesem Punkt setzen die Maschinen- und Anlagenbauer an. Sie sind diejenigen, die es den Ziegelproduzenten ermöglichen, ihre Produkte bis zum Jahr 2050 nach den Vorgaben der EU möglichst klimaneutral herstellen zu können. Entsprechende Anlagen, in denen Biomasse oder Biogas als Brennstoff verwendet wird, sind schon im Einsatz. In der Arbeitsgemeinschaft ECTS (European Ceramic Technology Suppliers) sind rund 30 europäische Hersteller organisiert. Beralmar, ein Mitgliedsunternehmen aus Spanien, produziert nicht nur Anlagen für die Herstellung von Grobkeramik, sondern auch Gasfeuerungsanlagen für die grobkeramische Industrie. Die EU-Richtlinie 2018/410 vom 19. März 2018 sieht vor, dass Industriezweige mit mehr als 2.500 Tonnen CO2-Emissionen jährlich ihren Ausstoß bis 2025 um mindestens 32 Prozent gegenüber den Werten von 2005 senken müssen. Dazu gehören auch die Ziegelwerke. Öfen und Trockner arbeiten heute schon sehr effizient, durch Prozessanpassungen lässt sich somit nur noch wenig optimieren. Das Erdgas selbst, welches die Anlagen in der Regel befeuert, ist ein Ansatzpunkt. Einen Teil dieses fossilen Brennstoffs kann Biomasse ersetzen, da sie zumindest bis zum Jahr 2030 als CO2-neutral angesehen wird (EU-Richtlinie 2018/410). Das in Barcelona ansässige Unternehmen nutzt häufig Biomasse in seinen Festbrennstofffeuerungsanlagen für das Brennen und Trocknen.

Pellets und Oliventrester als Brennstoff

Das Trocknen von Ziegeln verbraucht ungefähr ein Drittel der erzeugten Wärme. Eine in Bosnien installierte Anlage arbeitet mit einer Brennkammer und einem Wärmetauscher auf der Basis von Pellets. Damit diese pneumatisch transportiert werden können, ist unter dem Pelletförderer eine Hammermühle installiert, um die Pellets zu zerkleinern. Die Teile sind kleiner als 5 Millimeter und enthalten weniger als 8 Prozent Feuchtigkeit. Die Biomasse-Brennkammer ist mit feuerfesten Steinen ausgekleidet. Der pneumatische Transport ermöglicht es, den Zuführer an eine beliebige Stelle zu platzieren. Der direkt beim Brennvorgang entstehende Rauch kann aufgrund seiner abrasiven Eigenschaften nicht zum Trocknen genutzt werden. Er wird ausgeleitet. Dafür wird Luft aus der Umgebung angesaugt. Ein Wärmetauscher führt dem Trockner diese saubere, erhitzte Luft zu.

Transportiert man die Biomasse mechanisch, ist ihr Feuchtigkeitsgehalt nicht ganz so kritisch. Eine Anlage in Marokko, die ebenfalls nach diesem Prinzip arbeitet, nutzt billige Olivengrube als Brennstoff. Auch hier ist ein Wärmetauscher an die Brennkammer angeschlossen, um dem Trockner die heiße, reine Luft zuzuführen. Es gibt Anlagen, die nur mit einer Maschine ausgestattet sind. Diese übernimmt die Verbrennung wie auch den Wärmeaustausch. Hier wird ebenfalls der Brennstoff mechanisch zugeführt, in einer Installation in Spanien sind es beispielsweise Mandelschalen. Bei allen Varianten muss der Betreiber sicherstellen, dass die Biomasse so trocken wie möglich ist. Eine Grundfeuchtigkeit von maximal 10 Prozent ist immer möglich, wenn er sie richtig lagert. Zusätzlich muss er Partikelfilter installieren, um den bei dem Brennprozess entstehenden Staub aufzufangen.

Zwei in eins

Das Brennen verursacht zwei Drittel des thermischen Verbrauchs in einem Ziegelwerk. Für einen Tunnelofen wird eine enorme Menge an Biomasse benötigt, um einen kontinuierlichen Vorgang sicherzustellen: Ein mittelgroßer Tunnelofen, der täglich 400 Tonnen Ziegel produziert, verbraucht am Tag ca. 16.000 Kubikmeter Erdgas. Gashochgeschwindigkeitsbrenner in der Vorwärmung verbrauchen etwa 40 Prozent der Gesamtmenge, das sind ungefähr 6.400 Kubikmeter. Behält man diese bei und ersetzt den Rest durch Biomasse, wären davon mindestens 24 Tonnen am Tag erforderlich. Und das von nur einer Sorte über einen langen Zeitraum, weil die Systeme speziell darauf ausgelegt sind. Eine regelmäßige Versorgung ist, je nach Art der Biomasse, aber nicht immer gewährleistet. Beralmar bietet die Möglichkeit ein Feuerungssystem zu installieren, das automatisch auf Gasbetrieb umstellen und sich an die verfügbaren Biomassevolumina anpassen kann. Kombiniert man den Verbrauch von Biomasse im Trockner und im Ofen, kann dies bis zu 80 Prozent des gesamten Gasverbrauchs ersetzen und die CO2-Emissionen entsprechend reduzieren.

Energie aus Müll

Eine andere Herausforderung ist der Einsatz von Biogas aus organischem Restmüll. Je nach Zusammensetzung des Gases im Vergleich zum Erdgas muss die Feuerungsanlage entsprechend konfiguriert werden, vor allem was den Gehalt an Methangas und Kohlendioxid betrifft, der Einfluss auf den Heizwert hat. Der ebenfalls enthaltene Schwefelwasserstoff setzt bei der Verbrennung Säuren frei, welche die Oberflächen angreifen, so dass der Betreiber das Biogas aus Sicherheitsgründen vor seiner Verwendung reinigen muss. Die H2S-Reinigungsprozesse können durch physikalische Adsorption an einen Feststoff (Aktivkohle) oder in eine Flüssigkeit (Wasserwäsche) erfolgen.

Die unterschiedlichen Eigenschaften von Biogas aus Müll und Erdgas erfordern es, dass der Arbeitsdruck geändert wird, damit die gelieferte Leistung gleich bleibt, ohne dass der Betreiber Elemente am Brenner austauschen muss.

Ein Beispiel sind drei in der Nähe von Barcelona installierte Öfen in einem Ziegelwerk. Sie sind ausgerüstet mit Hochgeschwindigkeitsbrennern für Erd- und Biogas und oberen Injektionsbrennern. (Piera Eco-Ceramica https://www.pieraecoceramica.com/)

 

Gegenüberstellung Werte:

 

  Geliefertes Deponiegas Erdgas
Oberer Heizwert (Kcal/Nm3) 4670 9100
Unterer Heizwert (Kcal/Nm3) 4180 8200
ρ (kg/m3) 1,302 0,825
d Relative Dichte 1,007 0,609
Luft (Nm3) 4,47 10,274
Rauchgase total (Nm3) 5,42 11,328
CO2 Anteil (%) 15 1,106
N2 Anteil (%) 2,13 12%
SO2 Anteil (%) 0,02
H2O Anteil (%) 6 2,103
Wobbeindex (Wo) 4165 10507

Die Steuerung und Regelung der Anlage sind mit den notwendigen Elementen ausgestattet, um den Wechsel der Brennstoffe automatisch durchzuführen. Bei jedem Vorfall, der das Niveau oder die Qualität der Gaszufuhr beeinflusst, bestimmen ein Drucksensor, die Temperatursensoren des Ofens und die Schubzeit den zu verwendenden Brennstoff. Ein Drei-Wege-Ventil sorgt dafür, dass beide Gase sich nicht vermischen. Drucksensoren und Rückschlagventile schützen die getrennten Gaskreisläufe, wenn eine Störung auftritt. Eine Sicherheitsrampe für jeden Gaskreislauf gemäß den CE-Richtlinien für Verbrennungsanlagen ist obligatorisch. Berechnungen zeigen, dass sich die Investitionen für dieses Projekt in der Nähe von Barcelona nach elf Monaten bereits für das Ziegelwerk und nach 32 Monaten für das Gesamtinvestment betreffend die Deponie und das Ziegelwerk amortisiert haben.

Biogas kann jeden konventionellen Brennstoff ersetzen. Ein Kubikmeter Biogas entspricht 0,4 Kilogramm Schweröl, 0,46 Kubikmeter Normvolumen Erdgas, 0,7 Kilogramm Kohle, 0,55 Kilogramm Petrolkoks, 0,2 Kilogramm LPG. Entscheidend dabei ist allerdings die Nähe der Anlage zur Deponie. Je nachdem, wo sich die Biogasleitungen befinden, kann die Anlage unwirtschaftlich werden. Der Druckabfall über eine lange Strecke würde den Transport verteuern. Abhilfe schaffen können Biogasfermenter, wenn Deponien zu weit entfernt sind. Sie bilden mit dem Ziegelwerk einen geschlossenen Kreislauf. Das bei der Fermentation aus dem Biomüll gewonnene Gas wird den Feuerungs- und Trocknungseinrichtungen zugeführt, das feste Substrat kann als Zusatz zur Tonmischung verwendet werden. Die flüssigen Rückstände eignen sich ähnlich wie Wasser dazu, den Ton im Mischer und Extruder aufzubereiten.

Für jeden Anwendungsfall die passende Lösung

Biomasse und Biogas zu verwenden sind zwei Möglichkeiten, die Produktion nachhaltiger zu gestalten. Trotz aller positiver Eigenschaften sind beide nicht unumstritten. Die Abgasemissionen beim Verbrennen von Biomasse im Ofen sind erheblich. Das ist eine Herausforderung. Je nachdem, welche nationalen Grenzwerte maßgebend sind, müssen entsprechende Filter zum Einsatz kommen. Auch ist nicht immer gewährleistet, dass die alternativen Brennstoffe kontinuierlich in der erforderlichen Menge geliefert werden können. Die Beispiele zeigen, dass es hierfür Kombinationsmöglichkeiten gibt, die jedoch Anlagen sehr viel komplexer und damit auch teurer machen. Geforscht wird in alle Richtungen, der Druck von Politik und Öffentlichkeit und das Know-how sind vorhanden. Europäische Anlagenbauer reagieren flexibel und können Lösungen für die verschiedenen Anwendungsfälle anbieten.

Pressemitteilung: : ECTS stands for European Ceramic Technology Suppliers