Die Herstellung von Zement verursacht weltweit laut ETH Zürich fünf bis acht Prozent der CO₂-Emissionen. Ein wesentlicher Anteil entsteht bei der Kalzinierung von Kalkstein, bei der Kalziumkarbonat in Branntkalk und CO₂ zerfällt.
Forschende der ETH Zürich haben untersucht, wie sich Zementproduktion mit Direct Air Capture, kurz DAC, verbinden liesse. Das untersuchte Kalzium-Looping-Verfahren nutzt dieselben Kalziumverbindungen und denselben Kalzinierungsprozess wie die Zementherstellung.
Für die Studie arbeitete die Forschungsgruppe um André Bardow mit Heirloom Carbon Technologies zusammen. Das US-Unternehmen betreibt Kalzium-Looping-DAC-Anlagen und stellte primäre Industriedaten aus dem Betrieb bereit.
Elektrischer Ofen und CO₂-Abscheidung
In der untersuchten Konfiguration wird der Kalzinierungsofen elektrisch statt mit Kohle oder Gas betrieben. Dadurch sollen Emissionen aus der Verbrennung fossiler Energieträger vermieden werden. Das bei der Kalzinierung entstehende CO₂ kann direkt abgeschieden werden, weil es nicht mit Verbrennungsabgasen vermischt ist.
Allein die Elektrifizierung des Ofens und die direkte CO₂-Abscheidung könnten die Klimawirkung der Zementproduktion laut Berechnungen bis 2050 um 78 Prozent reduzieren. Die Resultate beruhen auf Zukunftsszenarien, insbesondere zu einer weiter dekarbonisierten Stromversorgung.
Kalk bindet CO₂ aus der Luft
Nach der Kalzinierung wird Branntkalk mit Wasser zu gelöschtem Kalk umgesetzt. Dieser kann CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen und dabei wieder zu Kalziumkarbonat werden. Das Material lässt sich anschliessend erneut als Rohstoff in der Zementproduktion verwenden.
Je häufiger das Kalzium vor der Verwendung als Zementrohstoff durch den Luftkontakt-Kreislauf geführt wird, desto mehr CO₂ kann die Anlage der Atmosphäre entziehen. Das abgeschiedene CO₂ wird dabei nicht im Zement gebunden, sondern verdichtet und in unterirdische Speicher transportiert.
Bilanz hängt vom Energiemix ab
Die Untersuchung ist laut ETH Zürich die erste vorausschauende Lebenszyklusanalyse für Kalzium-Looping-DAC im industriellen Massstab. Sie berücksichtigt Rohstoffgewinnung, Anlagenbau, Betrieb und Speicherung des abgeschiedenen CO₂.
Je nach Energiemix errechneten die Forschenden für 2050 eine CO₂-Entnahmeeffizienz von 85 bis 96 Prozent. Für jede abgeschiedene und gespeicherte Tonne CO₂ entstehen entlang der Prozesskette demnach noch 40 bis 150 Kilogramm CO₂. Die höchste Effizienz wird mit erneuerbarer Energie erreicht.
Ob sich integrierte Anlagen wirtschaftlich betreiben lassen, ist noch offen. Insbesondere indirekt beheizte Elektro-Kalzinieröfen sind bisher nicht im grossindustriellen Einsatz. Eine detaillierte Kostenanalyse war nicht Bestandteil der Studie.
Literatur
Bolongaro V, Shu DY, McQueen N, Bardow A: Life cycle assessment of solid calcium-looping direct air capture and its synergistic dual use for net-negative cement. Chem Circularity, 4. Juni 2026, DOI: 10.1016/j.checir.2026.100041