Ziegel nachhaltig brennen: Holzvergaser statt fossile Brennstoffe
CO2-neutrale Ziegelproduktion mit Holzvergaser ersetzt fossile Brennstoffe ohne Qualitätsverlust.
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Die Herstellung von Ziegel und Klinker ist ein energieintensiver Prozess. Benötigt wird Wärme, die bisher vor allem aus Erdgas kommt. Allein in Deutschland betrage der jährliche Verbrauch ca. 4,8 TWh, dies seien 89 % des Gesamtwärmeverbrauchs der Branche, so das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht). Die Duisburger erforschen seit Jahren Alternativen zum Erdgas, damit die Branche den Treibhausgasausstoß senken kann. Dabei habe Biomasse den Nachteil, dass durch konventionelle Verbrennung nur Temperaturen von ca. 500 °C erreicht werden können. Strom, Wasserstoff oder Biomethan schafften bis zu 1500 °C.
Zusammen mit dem Industriepartner ABC-Klinker konnte Fraunhofer Umsicht jetzt in einem Langzeiteinsatz zeigen, dass sich ein adaptierter Holzvergaser gut eignet. Hierbei sind bis zu 1100 °C möglich, „aber nur mit einer angepassten Brennertechnik, bei der die Verbrennung des erzeugten Synthesegases die Hochtemperaturprozesswärme bereitstellt“, so das Fraunhofer Umsicht in einer Mitteilung.
Ziegelbrand: Synthesegas aus Holzvergasung ersetzt Erdgas im Tunnelofen
Ende 2023 wurde nach der Installation der modifizierten Gasbrenner sowie der Gasregelstrecke ein Burkhardt Holzvergaser V3.90S bei ABC-Klinker im Werk Schüttorf in Betrieb genommen. Der Holzvergaser kam fertig installiert, verkabelt und verrohrt in einem Spezialcontainer. Das habe eine nahtlose Integration in das bestehende System ermöglicht, heißt es in der Mitteilung.
Konkret ersetze ABC-Klinker im Tunnelofen die auf Erdgas optimierten Brenner durch adaptierte Brenner für die Nutzung von Holzgas. „Es konnte ein stabiles Flammenbild erzeugt werden, womit die technische Machbarkeit des Konzepts gezeigt war“, so Fraunhofer Umsicht. Seit Mitte 2024 läuft der Tunnelofen im Werk Schüttorf auf drei der insgesamt zehn Brennerreihen kontinuierlich mit Holzgas. Auch der Holzvergaser läuft bisher stabil, negative Einflüsse auf die Ofentemperaturen oder die Optik oder Qualität der Klinker seien nicht festgestellt worden.
Weitere Strategien für CO2-freie Ziegelherstellung in Entwicklung
Der Holzvergasereinsatz bei ABC-Klinker in Schüttorf ist Teil des Forschungsprojekt Biobrick2 (Kasten s. u.). „Nach Inbetriebnahme des Holzvergasers bei ABC-Klinker zeigt sich, dass fossile Energieträger effektiv ersetzt werden können, ohne die Qualität der Ziegel zu beeinträchtigen“, resümierte das Fraunhofer Umsicht, das die Projektleitung hat.
Im weiteren Verlauf des Projekts werden Langzeittests der direkten Holzgasnutzung im Tunnelofen durchgeführt. Parallel dazu werden Strategien für einen vollständig CO2-neutralen Betrieb entwickelt und eine techno-ökonomische Bewertung der Direktgasnutzung auf Basis der gewonnenen Ergebnisse vorgenommen. Die Nutzung von Biomasse im Vergaser könnte noch einen zusätzlichen Nutzen haben: Die Rückstände aus der Holzvergasung – die Vergaserasche – wurden versuchsweise als Porosierungsmittel eingesetzt. Bis zu 0,8 % Vergaserkohle, bezogen auf das Nassgewicht des Ziegels, ließen sich einbringen.
Die ABC-Klinkergruppe ist schon seit Jahren dabei, ihre Produktion möglichst energieeffizient aufzusetzen. Bereits 2019 stellte die Energieagentur NRW das Werk in Hörstel im Tecklenburger Land als „Projekt des Monats Juli 2019“ vor. Das Verfahren dort: Die Pflasterklinkerrohlinge gelangen durch ein neu entwickeltes Direktsetzverfahren direkt nach der Trocknung in den Tunnelofen. Ofen und Trockner werden komplett parallel betrieben, die Ofenabwärme lässt sich komplett nutzen. ABC-Klinker schätzte damals die Energieersparnis gegenüber einem herkömmlichen Werk allein durch diese Prozessoptimierung auf etwa 30 %. Hinzu kam Abgasdirektnutzung über Kraft-Wärme-Kopplung. Hierzu setzt die ABC-Klinker in Hörstel zwei Mikrogasturbinen vom Typ C65 des US-Herstellers Capstone ein.
