So kann klimaneutrale Keramikherstellung funktionieren
Die Dekarbonisierung der Keramikindustrie erfordert innovative Technologien und Verfahren. Eine vielversprechende Lösung ist die Elektrifizierung der Brennöfen, die fossile Brennstoffe überflüssig macht. Alternativ bieten nicht-fossile Energieträger wie Wasserstoff oder Biomasse eine klimafreundliche Option.
Klimaneutrale Verfahren können jedoch die Produkteigenschaften verändern. So können biogene Porosierungsmittel etwa die mechanische Festigkeit von Ziegeln beeinflussen. Damit die Umstellung gelingt, sind passende politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen nötig: Subventionen für Forschung und Entwicklung, CO₂-Bepreisung und der Aufbau grüner Märkte.
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Grobkeramik: Dekarbonisierungspfade
Option A: Einsatz biogener Porosierungsmittel
Organische Reststoffe aus Land- und Forstwirtschaft wie Kirschkerne, Traubenrückstände oder Sägemehl verbrennen beim Brennprozess und bilden Poren, die den Energiebedarf des Brennens senken. Gleichzeitig können mineralische Reststoffe wie Zuckerrohrasche Rohstoffe ersetzen, wodurch sich sowohl der Energieverbrauch als auch die CO₂-Emissionen verringern. Verfügbarkeit, Kosten und Rezepturanpassungen bleiben dabei zentrale Herausforderungen.
Option B: Verringerter Materialeinsatz
Dies ist eine der wirtschaftlichsten Maßnahmen. Leichtere Produktgeometrien, optimierte Lochanteile und reduzierte Wandstärken senken der Ton- und Energieverbrauch deutlich, ohne die wesentlichen Produkteigenschaften zu beeinträchtigen. Weniger Material führt zu weniger prozessbedingten Emissionen aus Karbonaten und verringert den Energiebedarf bei Trocknung und Brennen.
Option C: Verzicht auf Offen-Trockner-Verbund
Die Entkopplung von Ofen und Trockner erlaubt es, beide Prozesse unabhängig zu optimieren. Sie schafft die Grundlage für den Einsatz hocheffizienter Wärmepumpen oder elektrischer Trocknungsmethoden wie Infrarot oder Mikrowellenstrahlung. So lässt sich die Trocknung vollständig elektrifizieren, während der Ofen gezielt auf alternative Energieträger oder neue Technologien umgestellt werden kann.
Option D: Brennstoffwechsel zu Biokraftstoffen
Biomethan, Synthesegas oder grüner Wasserstoff können Erdgas in Hochtemperaturprozessen ersetzen und so das größte CO₂-Einsparpotenzial erschließen. Dafür braucht es eine verlässliche Infrastruktur, ausreichende Verfügbarkeit und wettbewerbsfähige Preise für klimaneutrale Brennstoffe.
Option E: Elektrifizierung des Ofens
Brennöfen lassen sich technisch bereits vollständig elektrifizieren, wodurch energiebedingte Emissionen komplett entfallen – vorausgesetzt, es kommt erneuerbarer Strom zum Einsatz. Dafür braucht es neue Ofenkonzepte, hohe Investitionen und langfristig günstige Strompreise, denn Stromkosten und regulatorische Rahmenbedingungen bestimmen entscheidend die Wirtschaftlichkeit.
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Technische Keramik: Dekarbonisierungspfade
Option A: Teil- oder Vollelektrifizierung
Die Elektrifizierung des Brennofens ermöglicht eine klimaneutrale Produktion, vor allem bei Hochleistungskeramik. Allerdings verlangt diese Technologie hohe Investitionen in neue Anlagen.
Option B: Brennstoffwechsel zu nicht-fossilen Rohstoffen
Der Einsatz von grünem Wasserstoff oder Biokraftstoffen wie Biomethan senkt die energiebedingten Emissionen deutlich. Besonders bei der Herstellung technischer Keramik mit hohen Brenntemperaturen erfordert dies jedoch erhebliche Investitionen. Ob die Kosten sinken, hängt von fallenden Wasserstoffpreisen und steigenden Emissionszertifikatspreisen ab. Das betrifft alle Zweige der Keramikindustrie.
Herausforderungen und Chancen
Bisherige Emissionsminderungen basieren vor allem auf Effizienzsteigerungen – doch das genügt nicht, um bis 2045 klimaneutral zu werden. Künftig müssen bewährte Konzepte wie der Ofen-Trockner-Verbund aufgelöst, Trocknungsprozesse elektrifiziert und Brennöfen mit nicht-fossilen Energieträgern betrieben werden. Pilotprojekte und Demonstrationsanlagen sind nötig, um die neuen Technologien in der Praxis zu erproben und klimafreundliche Grundstoffe auf den Markt zu bringen.
Dafür braucht es intensive Forschung und Entwicklung, vor allem zu neuen Materialien und Verfahren, die emissionsarm und wirtschaftlich tragfähig sind. Gleichzeitig müssen verlässliche politische Rahmenbedingungen hohe Investitionshürden und Carbon-Leakage-Risiken abfedern. Neben den direkten Investitionen in neue Technologien sind auch flankierende Maßnahmen erforderlich: der Aufbau erneuerbarer Energien, eine EU-weite Energieinfrastruktur und die Anpassung der Lieferketten an neue Materialanforderungen, einschließlich eines Systems für Rückgewinnung und Recycling von Keramikabfällen.
Mit gezielten Anreizen, funktionierenden Rückführsystemen und europäischen Kooperationen können grüne Märkte entstehen, die klimafreundliche Innovation belohnen. Nur das Zusammenspiel von Politik, Forschung und Industrie kann die Keramikbranche nachhaltig verändern.
Weiterführende Informationen
- Deutsche Emissionshandelsstelle (DEHSt) im Umweltbundesamt (Hrsg.), Treibhausgasemissionen 2022 - Emissionshandelspflichtige stationäre Anlagen und Luftverkehr in Deutschland (VET-Bericht 2022). DEHSt, Berlin, 2023
- Ziegelwerk Bellenberg - Herstellungsprozess
- Hübner et al. 2019 (FfE, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung und Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft und BBG und Partner)
- LIFE CERAM: Zero waste in ceramic tile manufacture. European Commission LIFE Public Database
- Industrial decarbonization pathways Part 1 and 2 (2019)
- Ding et al. 2023 - Decarbonizing ceramic industry: Technological routes and cost assessment
- Ceram unie CERAMIC ROADMAP TO 2050 (2021)
- Ziegel Dekarbonisierungsroadmap (2021)
- Furszyfer Del Rio et al. (2022): Decarbonizing the ceramics industry: A systematic and critical review of policy options, developments and sociotechnical systems
- Deutsche Keramische Gesellschaft e.V. - Villeroy-boch und Fraunhofer IKTS (2022)
- Branchenausblick 2030+ Die Keramische Industrie (2021)
- Monteiro et al. (2022): Integrated environmental and economic life cycle assessment of improvement strategies for a ceramic industry