Konventionelle Keramikherstellung

Um die Herausforderungen und Lösungen der Keramikindustrie greifbar zu machen, betrachten wir zwei zentrale Bereiche: Grobkeramik und technische Keramik. Grobkeramik findet vor allem in Baustoffen wie Ziegeln und Fliesen Verwendung, während technische Keramik die Innovationskraft der Branche in anspruchsvollen Feldern wie Medizintechnik und Spezialindustrie zeigt. 

Zwei besondere Keramikprodukte und ihre Emissionen

Die Herstellung von Grobkeramik (z. B. Ziegel, Fliesen, feuerfeste Keramik) verursacht die mit Abstand meisten CO₂-Emissionen in der Keramikindustrie. Grund dafür ist das hohe Produktionsvolumen, das mehr als die Hälfte des Keramikmarktes in Deutschland und Europa ausmacht. Die Treibhausgasemissionen der deutschen Ziegelindustrie entsprachen in den vergangenen Jahren etwa der Hälfte der Emissionen der gesamten keramischen Industrie. Technische Keramik hat zwar im Vergleich den geringsten Produktionsanteil, spielt aber aus drei Gründen eine wichtige Rolle: Sie erzielt den höchsten Umsatz im Verhältnis zur Produktion in Europa, weist den höchsten Emissionsfaktor auf – bedingt durch  Brenntemperaturen von 1.250 bis 2.500 °C – und ist dank ihrer Hightech-Anwendungen strategisch bedeutsam. Diese Beispiele zeigen die Vielseitigkeit der Keramikindustrie und die unterschiedlichen Potenziale zur Dekarbonisierung.
 

Die Herstellung von Grobkeramik beginnt mit dem Abbau von Ton und Lehm (1). Die Aufbereitung (2) erfolgt anschließend durch Zerkleinern, Mischen oder gegebenenfalls durch den Zusatz von Porosierungsmitteln, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erhalten. Nach der Aufbereitung erfolgt die Zwischenlagerung (3) in einem Sumpfhaus, wo die Rohstoffe homogenisiert werden. Danach wird die Masse durch Pressen oder Extrudieren geformt (4). Die geformten Grünlinge werden dann getrocknet (5), um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen. Der Trocknungsschritt ist entscheidend, um Risse oder Verformungen beim Brennen zu vermeiden. Während des Brennprozesses (6) entstehen die meisten Treibhausgasemissionen, da Temperaturen zwischen 900 und 1.200 °C erforderlich sind. Dabei entstehen sowohl energiebedingte Emissionen durch fossile Brennstoffe als auch prozessbedingte Emissionen durch die thermische Zersetzung von Calciumkarbonat. Der Brennprozess ist daher der größte Treiber der CO₂-Bilanz in der Grobkeramikproduktion. Die Schritte 5 und 6 tragen mit etwa 26 bzw. 57 Prozent zu den Emissionen des Produktionsprozesses bei.

Die Herstellung technischer Keramik, die in der Medizintechnik oder Automobilindustrie zum Einsatz kommt, ist anspruchsvoll und energieintensiv. Der Prozess beginnt mit der Rohstoffgewinnung (1), bei der natürliche und synthetische Rohstoffe wie Aluminiumoxid oder Zirkonoxid verwendet werden. Die Masseaufbereitung (2) umfasst Mahlen, Mischen und Granulieren, um ein homogenes Rohstoffgemisch zu erhalten. Anschließend erfolgt die Formgebung (3) durch Trockenpressen, Extrudieren oder Spritzgießen, wobei das Rohstoffgemisch in die gewünschte Form gebracht wird. Die Grünbearbeitung (4) dient der Herstellung einer endkonturnahen Form und der Nachbearbeitung von komplexen Geometrien, die im Formgebungsprozess nicht erreicht werden können. Der Brennprozess (5) ist der energieintensivste Schritt: Beim Sintern des Grünlings werden Temperaturen von 1.250–2.200 °C erreicht, wodurch die Keramik ihre endgültigen Eigenschaften erhält. Hier entstehen prozessbedingte Emissionen durch die Verbrennung organischer Bindemittel und energiebedingte Emissionen durch fossile Brennstoffe. Abschließend erfolgt die Hartbearbeitung (6), bei der die Keramik durch Schleifen, Polieren oder Metallisieren veredelt wird. Dieser Schritt ist zwar weniger energieintensiv, erfordert jedoch präzise Technologien, um die hohen Qualitätsanforderungen zu erfüllen.