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Zementwerke als CO₂-Senken: DAC-Technologie im Fokus
Eine neue Lebenszyklusanalyse der ETH Zürich zeigt, dass die Kombination aus Zementproduktion und Direct Air Capture (DAC) auf Basis von Calciumkreisläufen die Klimawirkung der Zementherstellung bis 2050 um 78 % reduzieren kann. Der Ansatz nutzt Synergien zwischen beiden Prozessen und könnte kommerzielle Zementwerke zu Netto-CO₂-Senken machen.
Die Zementproduktion zählt zu den weltweit grössten industriellen CO₂-Quellen und ist derzeit für 5 % bis 8 % der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich. Jährlich werden rund 4 Mrd. t Zement hergestellt. Der Prozess ist energieintensiv, und Treibhausgase entstehen insbesondere bei der thermischen Zersetzung von Kalkstein – dem wichtigsten natürlichen Rohstoff für Zement. Eine neue Studie der ETH Zürich zeigt nun, wie diese Emissionen deutlich reduziert werden könnten, wenn die Zementproduktion mit einer Technologie zur direkten Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre (Direct Air Capture, DAC) kombiniert wird.
Nach Berechnungen der Forschungsgruppe um André Bardow, Professor für Energie- und Verfahrenstechnik, könnte die Klimawirkung der Zementproduktion bis 2050 signifikant reduziert werden. „Aus klimaperspektivischer Sicht ist die Kombination aus DAC und Zementproduktion sehr vielversprechend“, erklärt Vittoria Bolongaro, Doktorandin bei Bardow und Erstautorin der Publikation.
Veranstaltungstipp:
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Synergien zwischen DAC und Zementherstellung
Für die Studie kooperierten die Forschenden mit dem US-Unternehmen Heirloom Carbon Technologies, einem führenden Entwickler von DAC auf Basis des Calciumkreislaufs. Dieser Prozess nutzt einen chemischen Zyklus mit verschiedenen Calciumverbindungen, ausgehend von Calciumcarbonat – also Kalkstein. DAC-Anlagen mit Calciumkreislauf und Zementwerke arbeiten mit denselben Calciumverbindungen und einem ähnlichen Verfahren: Kalkstein wird erhitzt, bis er in Branntkalk und CO₂ zerfällt – ein Prozess, der als Kalzinierung bezeichnet wird.
Bei der integrierten Zementproduktion mit Calciumkreislauf-DAC wird ein elektrisch statt fossil betriebener Ofen für die Kalzinierung eingesetzt. Dies vermeidet Treibhausgasemissionen aus dem Verbrennungsofen. Gleichzeitig kann das während der Kalzinierung entstehende CO₂ direkt abgeschieden werden, da es nicht durch Verbrennungsabgase kontaminiert ist. Allein die Elektrifizierung des Ofens und die direkte CO₂-Abscheidung könnten die Klimawirkung der Zementproduktion bis 2050 um 78 % reduzieren.
Kreislauf mit CO₂-Rückgewinnung
Sobald Wasser zum Branntkalk hinzugefügt wird, absorbiert der gelöschte Kalk weiteres CO₂ aus der Atmosphäre und wird wieder zu Kalkstein umgewandelt, der erneut als Rohstoff für die Zementproduktion verwendet werden kann. Je häufiger das Calcium diesen Kontaktzyklus mit der Luft durchläuft, bevor es zu Zement verarbeitet wird, desto mehr CO₂ entzieht die Anlage der Atmosphäre. Das aus der Atmosphäre abgeschiedene CO₂ wird nicht im Zement gebunden, sondern komprimiert und zu unterirdischen Speicherstätten transportiert.
Heirloom Carbon Technologies betreibt seit 2023 in Kalifornien eine erste kommerzielle Anlage mit einer jährlichen Nennkapazität von 1.000 t CO₂. Eine deutlich grössere Anlage soll in den kommenden Jahren in Louisiana entstehen. Die Studie ist die erste prospektive Lebenszyklusanalyse für DAC mit Calciumkreislauf im industriellen Massstab und berücksichtigt alle Umweltauswirkungen entlang der Prozesskette – von der Rohstoffgewinnung über Bau und Betrieb der Anlage bis zur Speicherung des abgeschiedenen CO₂.
Netto-negativer Kohlenstoff-Fussabdruck möglich
Die Forschenden analysierten verschiedene Energieszenarien: Betrieb der Anlage mit dem aktuellen US-Strommix, mit einem stark dekarbonisierten Strommix aus Wind- und Solarenergie sowie mit einem vollautonomen System aus Photovoltaik und Batteriespeicher. „Wir konnten zeigen, dass die Technologie einen netto-negativen Kohlenstoff-Fussabdruck aufweist“, so Bolongaro. Kommerzielle Calciumkreislauf-DAC-Anlagen mit CO₂-Speicherung entfernen über ihren gesamten Lebenszyklus mehr CO₂, als sie erzeugen.
Je nach Energiemix liegt die Effizienz der CO₂-Entfernung bis 2050 zwischen 85 % und 96 %. Für jede abgeschiedene und gespeicherte Tonne CO₂ entstehen 40 kg bis 150 kg CO₂ in der Prozesskette – vergleichbar mit anderen DAC-Systemen. Der Betrieb mit erneuerbaren Energien erzielt die höchste Effizienz.
Ausblick auf industrielle Umsetzung
„Der grosse Vorteil von DAC-Anlagen mit Calciumkreislauf besteht darin, dass diese Technologie in einen etablierten Zementproduktionsprozess integriert werden kann“, erläutert Bolongaro. Die notwendigen Anpassungen sind vergleichsweise unkompliziert. Vor allem werden zusätzliche Luftkontaktoren zur CO₂-Abscheidung aus der Atmosphäre benötigt. Zudem muss der Ofen, in dem Kalkstein bei hohen Temperaturen kalziniert wird, mit CO₂-armer oder CO₂-freier Energie betrieben werden, um die höchstmögliche Netto-Entfernung zu gewährleisten.
Die Berechnungen der Studie basieren auf Zukunftsszenarien bis 2050 und setzen erhebliche Fortschritte bei der Dekarbonisierung der Stromversorgung voraus. Einige Anlagenkomponenten, insbesondere indirekt beheizte elektrische Kalzinieröfen, befinden sich noch nicht im industriellen Grossmassstab im Einsatz. Ob das System wirtschaftlich betrieben werden kann, bleibt daher abzuwarten – eine detaillierte Kostenanalyse war nicht Teil der Studie. Für die Zement- und Bauindustrie eröffnet der Ansatz dennoch attraktive Perspektiven, insbesondere im Kontext der zunehmenden Nachfrage nach dekarbonisierten Baustoffen und der wachsenden regulatorischen Anforderungen an CO₂-Emissionen im Bauwesen.
Quelle: ETH Zürich (2026). How cement plants can remove CO₂ from the atmosphere. Pressemitteilung, 13. August 2026. Basierend auf: Bolongaro, V. et al. Prospective life-cycle analysis of calcium looping direct air capture integrated with cement production.
