Erneuerbarer Strom statt fossile Brennstoffe: Sublime Systems revolutioniert Zementherstellung

„Das Elektroauto der Zementherstellung“: Konventioneller, fossiler Prozess wird durch elektrochemische Lösung zur Gewinnung von Zement ersetzt.

Leah Ellis ist Mitbegründerin und CEO von Sublime Systems. Zement trägt allein 8 Prozent zu den weltweiten CO₂-Emissionen bei, ist aber für unsere Bauwirtschaft unverzichtbar. Ellis und ihr Team bei Sublime haben eine Lösung entwickelt, die fossile Brennstoffe bei der Zementherstellung durch Strom ersetzt und die Emissionen um 90 Prozent reduziert. Eine hoffnungsvolle saubere Technologie für die Bekämpfung der Klimakatastrophe?

Nach Angaben des Think Tanks Chatham House ist die Betonindustrie für etwa 8 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Eine der Hauptursachen dafür ist die Herstellung von Zement, einem Hauptbestandteil von Beton. „Wenn Sie den Bürgersteig entlanggehen, haben Sie, wenn Sie etwa 10 dieser Betonquadrate durchschritten haben, etwa eine Tonne Zement durchschritten. Und auf dem Weg dorthin wurde etwa eine Tonne CO₂ freigesetzt“, erklärt Yet-Ming Chiang, MIT-Professor und Co-Gründer von Sublime Systems.

Schätzungen zufolge sind 75 Prozent der im Jahr 2050 bestehenden Infrastruktur noch nicht gebaut, was zu einem massiven Anstieg der Zementnachfrage führen wird, was neue Ansätze zur Herstellung von kohlenstoffarmem Zement erfordert.

Ellis und ihr Mitbegründer Yet-Ming Chiang entwickelten die Technologie gemeinsam, während sie am reonommierten MIT Department of Materials Science and Engineering arbeitete. Ellis hat einen Doktortitel in Chemie von der Dalhousie University, wo sie mit Prof. Jeff Dahn an der Optimierung von Lithium-Ionen-Batterien in Zusammenarbeit mit 3M und Tesla arbeitete.

Mit einer Pilotanlage in Somerville, Massachusetts, die in der Lage ist, 100 Tonnen dekarbonisierten Zement pro Jahr zu produzieren, sicherte sich Sublime `Systems kürzlich eine Serie-A-Finanzierung in Höhe von 40 Millionen Dollar, um das Wachstum voranzutreiben. Die neue Finanzierung von Sublime Systems wurde von Lowercarbon Capital angeführt und umfasste bestehende Investoren wie The Engine und Energy Impact Partners. Die Siam Cement Group, ein großer Zementhersteller in Südostasien, ist ebenfalls als strategischer Investor eingestiegen.

Wie verändert Sublime Systems die Zementherstellung?

Traditionell wird Zement durch das Brennen von Kalkstein zusammen mit Sand, Ton und anderen Materialien in einem mit fossilen Brennstoffen befeuerten Ofen hergestellt. Die Hälfte der Kohlenstoffemissionen stammt aus dem Kalkstein, wenn dieser auf etwa 1.500 Grad Celsius erhitzt wird. Die anderen CO₂-Emissionen stammen aus den fossilen Brennstoffen, die benötigt werden, um diese Temperatur zu erreichen.

Diese Methode, seit Jahrzehnten in Anwendung, wird auch als Portlandzement bezeichnet. Erst in den letzten 10 Jahren habe man sich mit den CO₂-Emissionen von Zement befasst, berichten die beiden Unternehmensgrüner. Jetzt erfährt die Zementindustrie ein neues Gesicht.

„Wir erfinden den Prozess und die Ausgangsmaterialien neu“, verspricht Chiang. Vor der Mitgründung von Sublime Systems hat sich Chiang bereits an Unternehmen wie A123 Systems, 24M Technologies (Partner von Volkswagen) oder Form Energy beteiligt. Die Antwort von Sublime besteht darin, CO₂-Emissionen aus Kalkstein und fossile Brennstoffe zu vermeiden (und nicht abzuscheiden), und gleichzeitig Zement herzustellen, der den Bedürfnissen der Transportbetonhersteller entspricht.

Sublime Systems hat eigene Zementrezepturen entwickelt, die weniger CO₂ ausstoßen. Das Unternehmen nutzt erneuerbare Energien, um die chemischen Reaktionen durchzuführen, die traditionell in einem Brennofen stattfinden. Chiang sagte, dass die ersten Varianten, die sie auf den Markt bringen werden, 60 bis 70 Prozent weniger CO₂ als Portlandzement enthalten werden. „Man geht davon aus, dass man mit der Zeit sehr nahe an Null herankommt“, fügte Chiang hinzu, während das Unternehmen betont, die veränderten Rezepturen würden zu keinen Qualitätseinbußen führen.

Sublime vermeidet beide CO₂-Quellen

Die Technologie von Sublime vermeidet beide Quellen von CO₂-Emissionen, indem sie ein elektrochemisches Verfahren einsetzt, um kalziumhaltige Mineralien abzubauen und in reaktiven Zement umzuwandeln. Dadurch kann das Unternehmen den identisch gehärteten Zement, auf den die Gesellschaft angewiesen ist, bei Umgebungstemperatur herstellen. Bedeutet: Der Prozess kann problemlos mit erneuerbaren Energien kombiniert werden, ohne Kohlendioxid freizusetzen. Das Unternehmen kann Kalk nicht nur aus Kalkstein, sondern aus einer Vielzahl von reichlich vorhandenen Kalziumquellen gewinnen, einschließlich karbonatfreier Quellen und Industrieabfällen wie Kohleasche.

Das Produkt mit der Bezeichnung Sublime Cement ist ein ASTM-konformer Ersatz für den heutigen Portlandzement. ASTM International (früher bekannt als American Society for Testing and Materials) fungiert als internationale Normungsorganisation.

„Wir haben herausgefunden, dass wir ein schnelles Abbinden, eine schnelle Festigkeitsentwicklung und all diese wünschenswerten Eigenschaften erreichen können“, so Chiang.

In den nächsten Jahren, so Chiang, plant das Unternehmen, genügend Zement zu produzieren, um Silos in Betonwerken zu füllen und sein Produkt zu testen. Eine Pilotanlage läuft seit Ende 2022. Die Skalierung ist – wie bei vielen Cleantech-Lösungen – die entscheidende Herausforderung.

„Wir glauben, dass wir das energiesparendste Verfahren zur Herstellung des gleichen gehärteten Zements und Betons entwickelt haben, den die Welt gewohnt ist zu verwenden und weiterhin verwenden muss, um den Baubedarf der Gesellschaft zu decken“, sagt Chiang zusammenfassend.