Projekt 26378/01

Reduzierung des Energieverbrauchs und der produktionstechnisch bedingten CO2-Emissionen bei der Kalksandstein-Herstellung durch energietechnische Optimierungsmaßnahmen

Projektträger

Forschungsvereinigung Kalk-Sand e. V.
Entenfangweg 15
30419 Hannover
Telefon: +49 511 2795460

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Kalksandsteinproduktion ist traditionell geprägt. Aufgrund der weiter fortschreitenden Umweltbelastung und der fortlaufenden dramatischen Energiekostensteigerung ist eine intensive Befassung mit dem Thema Energieeinsparung auch für die Kalksandsteinindustrie unbedingt erforderlich. Der Bundesverband Kalksandsteinindustrie e. V. hat deshalb zur Begleitung und Umsetzung von Maßnahmen zur Reduzierung der Energieverbräuche und der Umweltauswirkungen einen unternehmensübergreifenden Expertenkreis Energieeinsparung gegründet. Dabei sollen auch verstärkt neue Komponenten und Konzepte zur Steigerung der Energieeffizienz hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit bei der Kalksandsteinproduktion untersucht werden. Die Effektivität der verschiedenen technischen Möglichkeiten und deren Kombinationen ist jedoch aufgrund fehlender Daten über die komplexen Energieströme noch nicht ausreichend bekannt und soll deshalb mit einem gemeinschaftlichen und unternehmensübergreifenden Forschungsprojekt ermittelt werden, so dass organisatorische und technische Empfehlungen für Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs möglich sind. Deshalb wurde ein Forschungsprojekt zur systemati-schen Ableitung von technischen Maßnahmen zur Reduzierung der Energieverbräuche gestartet, mit dem umsetzbare und praxisnahe Musterlösungen als Vorlage für alle 85 Kalksandsteinwerke in Deutschland dienen können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt untergliedert sich in 4 aufeinander aufbauende Arbeitspakete:
Arbeitspaket 1: Bestandsaufnahme in 8 für die deutsche Kalksandsteinindustrie repräsentative Kalksandsteinwerke (Erfassung der Anlagentechnik und der Energieverbräuche)
Arbeitspaket 2: Physikalische Modellbildung des Kalksandsteinproduktionsprozesses und Implementierung eines modularen Simulationswerkzeuges
Arbeitspaket 3: Einsatz des Simulationswerkzeuges zur Ableitung von technischen Maßnahmen für die Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen
Arbeitspaket 4: Ansätze für technische Anlagenoptimierungen unter Berücksichtigung von betriebli-chen Aspekten


Ergebnisse und Diskussion

Kalksandsteine werden aus den natürlichen Rohstoffen Kalk, Quarzsand und Wasser hergestellt. Die Erzeugung erfolgt in gespannter Wasserdampfatmosphäre durch eine Autoklavhärtung verdichteter Rohlinge bei einer Temperatur von rd. 200 °C und einem Druck von rd. 16 bar. Hierbei entstehen Calciumsilikathydrate, die die Sandkörner zu einem dauerhaften Gerüst verbinden. Zur Herstellung von Kalksandsteinen wird derzeit im Durchschnitt eine Energiemenge in Höhe von etwa 120 kWh/t (elektrischer Strom und Heizenergie) benötigt. Die erforderliche Energiemenge hängt von der Art und dem Umfang der technischen Ausstattung, der Fahrweise, der Anzahl der Schichten und vor allem auch von der marktbedingten Auslastung der Werke ab. Die Wirksamkeit von technischen und organisatorischen Lösungen zur Reduzierung des Wärmeenergieverbrauchs sind also stark werksabhängig. Hinzu kommt, dass der Auslastungsgrad der Kalksandsteinwerke derzeit konjunkturell gering ist. In zahlreichen Kalksandsteinwerken wurde eine Bestandsaufnahme der technischen Ausrüstung und der Energieverbräuche durchgeführt, wobei Jahres-, Monats- und Wochengänge berücksichtigt wurden. Hier zeigte sich ein relativ heterogenes Bild. Anschließend wurde der Produktionsprozess hinsichtlich seiner thermischen Beschaffenheit analysiert. Dabei wurde sowohl ein Einzelautoklav als auch eine Autoklavengruppe näher betrachtet.
Im nächsten Schritt wurden Optionen zur Steigerung der Energieeffizienz (z. B. thermische Energiespeicher, Rückgewinnung und Nutzung von Niedertemperaturenergie und Abwärme) abgeleitet. Als Ansätze zur Anlagenoptimierung sind kurz-, mittel- und langfristige Maßnahmen zu unterscheiden.
In dieser Studie wurde insbesondere auch auf neue Technologien hingewiesen, deren Einsatz in der Kalksandsteinindustrie noch nicht erprobt ist. Die jeweils angedachte Technik ist derzeit noch nicht verfügbar und vor einer Anwendung ist eine jeweilige Entwicklung/Anpassung an individuelle betriebsspezifische Gegebenheiten in den einzelnen Kalksandsteinwerken erforderlich. Sämtliche oben genannten Maßnahmen sind in diesem Sinne derzeit noch als Forschungsergebnisse theoretisch zu betrachten und bedürfen im Fall einer Realisierung, je nach Art, eine Abstimmung mit den zuständigen Aufsichts- bzw. Überwachungsbehörden. In allen Fällen sind wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen. Änderungen der Druckbehälteranlage und der Rohrleitungen sowie die Kesselfahrweise sind in jedem Fall zwingend vorher mit den zuständigen Aufsichtsbehörden abzustimmen. Die Anwendung der im Rahmen dieser Untersuchungen ermittelten Grundlagenerkenntnisse auf die Produktionsbedingungen in Kalksandsteinwerken ist in jedem Einzelfall unter Berücksichtigung werksspezifischer Gegebenheiten durch eingehende Voruntersuchungen im Kalksandsteinwerk und im Labor zu überprüfen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Nach Vorliegen der Kenntnisse über die zu erwartende Wirksamkeit der ausgewählten technischen Lösungen können diese im Zuge ihrer Veröffentlichung als Branchenleitfaden der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e. V. für alle Kalksandsteinwerke in der Bundesrepublik Deutschland als Mustervorlage dienen. Die Information der Kalksandsteinunternehmen soll zum einen über einen praxisorientierten Forschungsbericht erfolgen. Die neuen Erkenntnisse werden in Fachbroschüren und bei der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e. V. und bei der DLR entsprechend publiziert. Auch werden die Ergebnisse im Internet auf der Homepage der Forschungsvereinigungen und der Industrieverbände abrufbar sein. Des Weiteren werden die Ergebnisse auf Seminaren und Tagungen, insbesondere im Energietechniksektor und in der Kalksandsteinindustrie, sowie im Rahmen von direkten Beratungsgesprächen mit den Mitgliedern der Forschungsvereinigungen vorgestellt. Darüber hinaus werden die Erkenntnisse bei Vortrags- und Fortbildungsveranstaltungen präsentiert und können auf diese Weise in die Praxis übernommen werden. Dieses Vorhaben wird durch den projektbegleitenden Ausschuss betreut. Dieser ist überwiegend aus Mitarbeitern kleiner und mittlerer Unternehmen aus der Kalksandstein-Industrie zusammengesetzt. Durch die regelmäßigen Sitzungen und die durchgehende Kommunikation vor, während und auch nach der Laufzeit wurde das jeweils aktuelle Wissen in die Unternehmen und damit auch in die Produktionsstätten hineingetragen. Als sinnvolle Ergänzung zur Veröffentlichung der Untersuchungsergebnisse ist die Durchführung eines Kalksandstein-Energieeinspar-Workshops (Meisterseminare Kalksandstein 2012 ff.) für die Kalksandsteinindustrie vorgesehen. Dazu werden alle Vertreter dieser Forschungsaktivitäten als Referenten eingeladen.


Fazit

Die Forschungsergebnisse können für eine Reduzierung des Energieverbrauchs bei der Kalksandsteinherstellung genutzt werden.

Übersicht

Fördersumme

125.000,00 €

Förderzeitraum

01.10.2008 - 30.09.2010

Internet

www.kalksandstein.de

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik