×

Rechnen Sie selbst!

Berechnen Sie die Vorteile Ihrer Teilnahme.

×

Heute für Sie da:
Manuel Ziegler

Die EnAW kontaktieren (overlay)

Oder kontaktieren Sie uns einfach telefonisch:
+41 44 421 34 45

Sending
20160613182557_manuel-ziegler

Ziegel, Zement und Zukunft

Zwei Riesen aus der Baustoffbranche. Zwei Produkte. Zwei energieintensive Prozesse. Eine Vision: Dem Klimaziel «Netto-Null» näherkommen. Mit innovativen Produkten, jahrelanger Forschung und Entwicklung und einer Prise Mut. ZZ Wancor und Holcim Schweiz. Ziegel und Zement – Vorhang auf für Produktanpassungen, die sich eben gerade nicht sehen lassen.

V.l.n.r.: CEO Michael Fritsche und Produktionsleiter Maximilian Ulm im Dachziegelwerk in Laufen der ZZ Wancor AG

Die Ziegel von ZZ Wancor AG bestehen heute aus weniger Material.

Cathleen Hoffmann ist seit 2011 in der Produktentwicklung für Holcim tätig

Das Zementwerk in Siggenthal der Holcim (Schweiz) AG gilt als Vorzeigewerk in Sachen Nachhaltigkeit.

Weitsicht statt Röhrenblick: Die Holcim (Schweiz) AG begegnet Herausforderungen wie Klimaschutz und Ressourcenknappheit mit Innovationen und klugen Lösungen.


Fünf Schritte sind bei der Umsetzung einer CO2-freien Produktion Erfolg versprechend:

SCHRITT 4: PRODUKTUMSTELLUNGEN
Produkte können durch andere Produkte ersetzt werden, welche gleiche oder ähnliche Funktionen erfüllen, aber weniger Prozesswärme oder tiefere Temperaturen in der Produktion erfordern. Produktumstellungen werden auch umgesetzt, um die Materialien ressourcenschonender einzusetzen oder um die Materialien am Lebensende der Produkte besser zu trennen und zu rezyklieren.


Wenn die Produktion physikalischen Prozessen oder Rohstoffen unterliegt, die gebrannt werden müssen und dabei CO2 freisetzen, ist Innovationsgeist gefragt. Wer Ziegel und Zement herstellen will, braucht Wärme. Und wer brennt, setzt CO2 frei. Daran führt kein Weg vorbei. Prozesswärme zu reduzieren, um weniger CO2 auszustossen, ist das A und O. Dass man sich aufgrund der naturgegebenen Lage zurücklehnt, ist für die beiden Unternehmen ZZ Wancor und Holcim ausgeschlossen. Ständig wird an der Weiterentwicklung der Produkte gearbeitet. Nicht nur, um wettbewerbsfähig zu bleiben und die unternehmerische Verantwortung wahrzunehmen, sondern besonders auch, um dem Ziel «Netto-Null bis 2050» und einer nachhaltigen Zukunft näherzukommen.

WO ZIEGEL HERGESTELLT WERDEN, WIRD GETROCKNET UND GEBRANNT

ZZ Wancor ist ein Systemanbieter von grobkeramischen Baustoffen und kombiniertem technischem Zubehör für die komplette Gebäudehülle, bestehend aus Dach, Wand und Fassade. Mit zwei Dachziegelwerken, einem Backsteinwerk und über 160 Mitarbeitenden in der Schweiz sorgt das Unternehmen dafür, dass vom Tonabbau in den Gruben über den Herstellungsprozess im Werk bis zum Einsatz der Produkte auf der Baustelle alles reibungslos läuft.

Es ist heiss an diesem Tag im Juli, an dem wir an Tonhalden vorbei ins Sitzungszimmer des Dachziegelwerks in Laufen im Kanton Baselland gelangen. Dort werden wir von CEO Michael Fritsche und Produktionsleiter Maximilian Ulm empfangen. Beide gehören bei ZZ Wancor zum «alten Eisen». Sie kennen Strukturen, Produkte und Prozesse aus dem Effeff. «Es wird noch heisser», warnt Ulm schmunzelnd und spielt auf den Rundgang durch die Produktion an. Denn wo Ziegel hergestellt werden, wird getrocknet und gebrannt. «Es ist ein bisschen wie bei den Cuvé-Weinen», beginnt Ulm uns den Prozess der Herstellung zu erklären. Ein Ziegel besteht aus Ton, einem Naturprodukt. Und wie das in der Natur so ist, kommt er immer in unterschiedlichen Zusammensetzungen vor. Für die Produktion wird aber – wie beim Wein – eine ganz spezifische Zusammensetzung benötigt. Dafür werden die Rohstoffbestandteile zerkleinert, optimal gemischt und angefeuchtet.

Diese Masse gelangt anschliessend in die gewünschte Form, in der sie getrocknet wird. Denn für den folgenden Brennprozess sollen die Ziegel möglichst wenig Feuchtigkeit enthalten. Um die gewünschte chemische Umwandlung im Brennofen zu erreichen, muss das Material auf über 1000 Grad Celsius aufgeheizt werden. Heute funktioniert dieser Prozess mit Gas. «Durch den schrittweisen Umstieg im Brennprozess von Schweröl auf Erdgas werden die CO2-Emissionen um mehr als 25 Prozent reduziert», weiss Ruedi Räss. Der EnAWBerater betreut seit 2009 fast alle Schweizer Ziegeleien bei der Umsetzung der Zielvereinbarung. Bei ZZ Wancor ist jedoch nicht der Brennprozess am energieintensivsten, sondern das vorherige Austreiben des Wassers bei den frisch geformten Ziegeln. Deshalb macht dieses Trocknen 60 Prozent des gesamten Wärmebedarfs der Produktion aus. Um den Verbrauch möglichst tief zu halten, wird die Trocknungsanlage vor allem mit der Abwärme des Brennofens betrieben. Der in den Produktionsstätten verwendete elektrische Strom stammt zu 100 Prozent aus Wasserkraft.

Die Nachhaltigkeitsstrategie von ZZ Wancor basiert auf den drei Schwerpunkten Erhaltung der Biodiversität, Förderung der Kreislaufwirtschaft und Vorantreiben der Dekarbonisierung des Produktportfolios. Da der Ton in unmittelbarer Nähe der Verarbeitungswerke gewonnen wird, können die Transportwege kurz gehalten und die daraus resultierenden CO2-Emissionen minimiert werden. Die Tongruben sind im Sinne der Biodiversität darüber hinaus wertvolle Biotope, die durch nachhaltige Rekultivierungsarbeiten ideale Lebensräume für seltene Pflanzen und Tiere entstehen lassen. So befinden sich in den Tongruben gar Amphibienschutzgebiete von nationaler Bedeutung.

PRAKTISCH NATURGEGEBEN

Auch im Steinbruch Gabenchopf der Holcim (Schweiz) AG am Standort Siggenthal kreucht und fleucht es. Sogar Gämsen begegnen uns, als wir das Abbaugebiet von Kalkstein, Ton und Mergel erkunden. Gezeigt wird es uns von Cathleen Hoffmann. Sie ist seit 2011 in der Produktentwicklung für Holcim tätig. Nach zehn Jahren EMPA in der Betontechnologieforschung packte sie die Lust auf die Industrie. «Hier kann ich meinen Beitrag für das nachhaltige Bauen direkt in die Praxis einbringen», sagt sie und taucht mit uns in die energieintensive Zementwelt ein. Für die Produktion von Zement wird eine Gesteinsmischung aus Kalkstein, Ton und Mergel aus dem Steinbruch zu einem homogenen Rohmehl aufbereitet. Das Brennen dieses Rohmehls zu Klinker bei 1450 Grad Celsius ist der zentrale Schritt bei der Zementherstellung. Klinker ist der gebrannte Bestandteil des Zements, der unter Beimengung von Wasser wesentlich für die Aushärtung zuständig ist. Für die Produktion wird das Rohmehl in einem Wärmetauscherturm auf etwa 1000 Grad aufgeheizt und anschliessend in den Drehrohrofen geleitet. Für das Aufheizen wird die Abwärme aus dem heissen Drehrohrofen genutzt, um Energie zu sparen. «Eine sehr gute Massnahme», findet Hoffmann. Aber: «Im Bereich zwischen 600 und 900 Grad findet die sogenannte Entsäuerung des Rohmehls statt. Dabei zersetzt sich das Kalziumkarbonat aus dem Kalkstein und Mergel und es wird Kohlendioxid abgespalten und ausgetrieben. Dieser Vorgang nennt sich auch Kalzinierung. Etwa zwei Drittel der CO2-Gesamtmenge, die bei der Herstellung von Zement freigesetzt wird, fallen hier an. Daran ist leider nichts zu ändern. Aber den Kopf in den Sand stecken? «Sicher nicht!»

«DO YOUR BEST, COMPENSATE THE REST»

Bei der Produktepalette von Holcim hat sich in den vergangenen Jahren viel getan. «Bis 2050 produzieren wir klimaneutrales, rezyklierbares Baumaterial» – lautet eine Schlagzeile in der «NZZ». Ein gewagtes Ziel? «Ich denke, es ist realistisch», so Hoffmann. «Wir stellen uns unserer gesellschaftlichen Verantwortung.» Herausforderungen wie Klimaschutz und Ressourcenknappheit müsse mit Innovationen und klugen Lösungen begegnet werden. Aber nicht nur. «Als Unternehmen müssen wir auf drei Dimensionen der Nachhaltigkeit eine Antwort finden: Ökologie, Ökonomie und Gesellschaft.» Wer heute nachhaltig bauen will, wählt Baustoffe, die eine lange Lebensdauer haben, rezyklierbar sind und eine tiefe CO2-Bilanz aufweisen. Zusätzlich müssen die Produkte wettbewerbsfähig sein. Für die Nachhaltigkeit verfolgt Holcim drei Ziele. Das Optimieren der Anlagen wie beispielsweise bei der Abwärmenutzung des Drehrohrofens ist eine davon. Noch wirkungsvoller ist der Einsatz von alternativen Brennstoffen und die Reduktion des Klinkeranteils im Zement. «Das ist uns mit unseren neusten Produkten, dem ressourcenschonenden Zement Susteno und den nachhaltigen Evopact-Betonen gelungen», erklärt Hoffmann stolz.

Optisch ist vieles gleich geblieben, aber
das Innere hat sich verändert.

Michael Fritsche, CEO, ZZ Wancor

Die Produkte funktionieren nach dem Kreislaufprinzip und mit einem reduzierten Klinkeranteil. Es muss also weniger Rohmaterial gebrannt werden, sodass die Freisetzung von CO2 aufgrund des geringeren Bedarfs sowohl an Brennstoff als auch an Rohmaterial reduziert wird. Ersetzt wird ein Teil des Klinkers durch hochwertig aufbereitetes Mischabbruchgranulat, also durch einen mineralischen Bauabfall aus rückgebauten Gebäuden. Auf diese Weise kann Holcim den Baustoffkreislauf vollständig schliessen, da das Material sonst deponiert werden müsste. Der Klinkeranteil von Susteno liegt heute noch bei 55 Prozent, was den CO2-Ausstoss um ganze zehn Prozent reduziert. Anfang des Jahres hat Holcim mit EvopactZero den ersten klimaneutralen Beton der Schweiz lanciert – ein wichtiger Schritt für die Verwirklichung ihrer Vision einer CO2-neutralen Produktion. Trotzdem ist eine Produktion ohne CO2-Emissionen aus prozesstechnischen Gründen, aber auch aufgrund des CO2-haltigen Rohstoffes heute noch nicht möglich. Deswegen kompensiert Holcim mit EvopactZero die restlichen Emissionen. Ganz nach dem Motto «do your best, compensate the rest».

KREISLÄUFE SCHLIESSEN – OHNE RECYCLING GEHT’S NICHT

Mischabbruchmaterial als Klinkerersatz ist nur eines von vielen Produkten, die für die Zementproduktion bei Holcim rezykliert werden. Durch die Verwertung von Plastik wird der Einsatz von traditionellen Brennstoffen reduziert. «Bereits heute können wir mehr als die Hälfte unseres thermischen Energiebedarfs mit Abfallstoffen decken», erklärt Hoffmann. «Wir schliessen damit Kreisläufe und leisten gleichzeitig unseren Beitrag zur Abfallentsorgung in der Schweiz.» Auch bei ZZ Wancor werden Kreisläufe geschlossen. Recycling gehört zum täglichen Geschäft. Solange der Ton für die Herstellung der Ziegel noch nicht gebrannt ist, entstehen keine Abfälle. Das anfallende Material der Rohmasse kann einfach wieder zugegeben werden. Wesentlich ist dabei eine rigorose Qualitätskontrolle. Laufend wird die richtige Feuchte der Rohmasse kontrolliert und fehlerhafte Produkte werden vor dem Brennen ausgesondert, um unnötigen Bruch und somit Energieaufwand zu vermeiden. Denn mit dem Brennen ändert der Ton seine Eigenschaften: Aus einem plastischen Material wird ein spröder Baustoff. Auch die Abfälle, die nach dem Brennen anfallen, können wiederum der Backsteinproduktion beigegeben werden. Vor allem müssen aber die technischen Funktionalitäten der Produkte wie zum Beispiel Undurchlässigkeit und Tragfähigkeit gewährleistet sein.

WENIGER MATERIAL, WENIGER PROZESSENERGIE

«Wir haben uns gefragt, wie wir diese technischen Funktionalitäten sicherstellen und trotzdem weniger Energie verbrauchen», erinnert sich Fritsche. Der CEO ist seit 20 Jahren bei ZZ Wancor, hat sein Handwerk von der Pike auf gelernt und viele Stationen im Unternehmen durchlaufen. «Vor acht Jahren haben wir unsere Dachziegel dann mit einem externen Partner genau untersuchen und Spannungsmodellierungen erstellen lassen.» Auf dieser Basis konnte festgestellt werden, an welchen Stellen des Ziegels die grössten Spannungen herrschen und wo die Materialmenge optimiert werden kann. Denn je zielgenauer die Materialverteilung eines Produkts gesteuert wird, desto weniger muss in der Produktion getrocknet und gebrannt werden. «Das bedarf automatisch weniger Energie», so Fritsche. Mit zehn Prozent weniger Material kommen die neuartigen Ziegel der ZZ Wancor seitdem aus – und das bei absolut gleichbleibender Qualität. «Das sind also auch zehn Prozent weniger CO2, die wir pro Ziegel ausstossen.» Auch Ulm, der die Produktentwicklung verantwortet, ist stolz darauf: «Wir haben auf dieser Basis alle unsere Produkte angepasst.» Ein jahrelanger Prozess, der sich gelohnt hat. «Was bei uns in der Schweiz begonnen hat, wird heute im ganzen Konzern der Wienerberger Gruppe, dem weltgrössten Ziegelproduzenten, umgesetzt.» Auch seitens des Konzerns bekennt man sich ganz klar zum New Green Deal der EU. Als Ergebnis konnten kürzlich in einigen Ländern die ersten klimaneutralen Backsteine präsentiert werden. Diese bauen, ähnlich wie bei Holcim, auf die 3-Säulen-Strategie: «Energie sparen», «Einsatz erneuerbarer Energien» und «Kompensation durch Klimaschutzprojekte.»

WICHTIGE UND RICHTIGE SCHRITTE

Vom Kleinen ins Grosse: Auch die Holcim Schweiz ist Teil eines Weltkonzerns. LafargeHolcim wirft auf das «Ursprungsland» Schweiz bei der Nachhaltigkeit ein besonderes Auge. «Wir sind eine Art Vorzeigeland für die ganze Gruppe», erklärt Cathleen Hoffmann. «Wir können hier bei der Produktentwicklung unser Bestes tun, sodass andere Länder von unseren Erfahrungen und den Innovationen profitieren.» Dennoch bleibt die Produktion stark von den vorhandenen Rohstoffen vor Ort abhängig. Jedes Land sei daher gefordert, ein eigenes Rezept zu erfinden. Und das müssen sie auch. Denn die Zementindustrie wird von der Öffentlichkeit in Sachen CO2-Ausstoss mit Argusaugen beobachtet. Das kennt auch Ziegelei CEO Fritsche: «Uns wird nachgesagt, dass wir seit Jahrzehnten den gleichen Stein herstellen. Das stimmt nicht. Optisch ist vieles gleich geblieben, aber das Innere hat sich massiv verändert.» Mit dem neuen ressourcen- und klimaschonenden Beton und den materialreduzierten Ziegeln haben die beiden Unternehmen wichtige Schritte auf dem Weg zu «Netto-Null» unternommen und umgesetzt.


DER KONSEQUENTE SCHRITT ZUM MAXIMUM

Interview mit Dr. Thomas Bürki, Spezialist für Energieeffizienz und Klimaschutz in der Wirtschaft sowie Energie-, Umwelt- und Klimaschutzpolitik

Sind die Potenziale zur Prozessverbesserung ausgeschöpft, ist die nächste Stufe die Verbesserung des Produkts selbst. Dafür genügt es nicht, nur die Energie zu betrachten. Auch die Materialverbräuche und ihre Auswirkungen auf die Umwelt müssen einbezogen werden. Es geht also um Energie- und Materialeffizienz – oder kurz: um Ressourceneffizienz.

Um ein Produkt auf seine Ressourceneffizienz zu analysieren und Verbesserungen abzuleiten, benötigt man eine Ökobilanz. Sie ist die Analyse aller Umweltauswirkungen aus Energie- und Materialverbräuchen im Lebenszyklus des Produkts. Die Auswirkungen auf alle Umweltkompartimente (Luft, Wasser, Boden) werden quantifiziert und bewertet. Diese Bewertung wird typischerweise mit der Summe der Umweltbelastungspunkte (UBP) je Betrachtungseinheit ausgedrückt. Mit der UBP-Methode werden alle Formen von Umweltbelastungen aus allen Phasen in allen Umweltkompartimenten zu einer Kennzahl zusammengefasst.

Die Ökobilanz gibt Hinweise, wo die grössten Belastungen im Produktionsprozess auftreten: Beim Energieverbrauch? Der Material-, sprich der Rohstoffwahl für das Produkt? Bei Abfällen aller Art? Den Betriebsmitteln? usw. Mit dieser Kenntnis können gezielte Verbesserungen durch Produkteanpassungen vorgenommen werden, die zu geringerem und umweltverträglicherem Ressourcenverbrauch, also zu höherer Ressourceneffizienz führen.

Die Basis für die Ökobilanz ist eine Energie- und Stoffflussanalyse im Betrieb. Eine Energieanalyse ist Bestandteil des standardisierten Vorgehens der EnAW zur Energieeffizienz-Steigerung. Stoffflussanalysen werden grundsätzlich gleich durchgeführt wie Energieanalysen; daher integriert die EnAW auf Wunsch diesen Teil mit der analogen Systematik. So unterstützt die EnAW die Unternehmen bei der Ermittlung des Potenzials zur Ressourceneffizienz-Steigerung und bei der Umsetzung der Massnahmen.

BEISPIEL 1: DÄMMMATERIAL

Der Hersteller von thermischen Anlagen hat die (doppelwandigen) Komponenten mit einem PU-Schaum gegen Wärmeverluste isoliert. Wegen der unbefriedigenden Ökobilanz wurde eine Alternative gesucht. Sie wurde mit einem aus Fasern hergestellten Dämmmaterial gefunden. Dieses kann auf Mass zugeschnitten und anstelle des PU-Schaums verwendet werden. Die Schnittabfälle werden zerfasert und wieder zu frischem Isoliermaterial verarbeitet.

BEISPIEL 2: ROSTFREIER STAHL

Ein Unternehmen hat Bau und Betrieb einer Anlage zur Umwandlung von nicht mehr nutzbarer Abwärme in Strom geplant. Dazu braucht es mehrere Wärmeübertrager, um die Abwärme vom Abgas über eine Zwischenkreislauf auf die TurbinenGenerator-Einheit zu bringen. Aus Bedenken wegen Korrosion (Kondensation von sauren Abgasbestandteilen) und um Wartungsarbeiten zu minimieren, waren die Wärmeübertrager aus rostfreiem Stahl konzipiert. Die Ökobilanz zeigte, dass der rostfreie Stahl den Hauptanteil an der gesamten Umweltbelastung darstellte. Durch eine genaue Analyse der Verhältnisse in den Wärmeübertragern und einer entsprechenden Neukonzeption konnten Teile der Anlage in normalem Stahl («Schwarzstahl») ausgeführt und der Anteil Chromstahl auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch wurde die Ökobilanz der Anlage erheblich verbessert.

Bleiben sie informiert.
Folgen sie uns!

Mehr zum Thema

  • Zukunft planen, Prozesswärme anpacken

    Der dominierende Verwendungszweck von Brennstoffen in der Industrie, die Prozesswärme, spielt bei der Dekarbonisierung bisher nur eine Nebenrolle. Fünf Schritte, wie der Prozessenergieverbrauch markant reduziert und auf CO2-freie Energieträger umgestellt werden kann.

    Mehr
  • Magazin «Fokus»: Prozesswärme und Ressourceneffizienz

    «Kennen Sie schon? – Probieren Sie mal!»

    Mehr