Potentiale und Strategien zur Energieeinsparung und Reduzierung
der CO₂-Emissionen in der chinesischen Kalkindustrie

1 Die gegenwärtige Situation in der Kalkindustrie

Die Kalkindustrie in China (Bilder 1–3) besteht aus drei Sektoren. Der erste Sektor umfasst die Metallurgie (Eisen- und Stahlindustrie). Dort wird Kalk für den Eigenbedarf produziert. Mit einem geringen Energieverbrauch und hoher Qualität sind moderne inländische Ausrüstungen der Kalktechnologie hauptsächlich auf Eisen- und Stahlfirmen zugeschnitten. Der zweite Bereich umfasst Unternehmen des Industriezweigs der chemischen Verfahrenstechnik. Auch hier wird der meiste Kalk selbst verbraucht. Als wichtigste technologische Ausrüstungen kommen Schachtöfen mit Stahlmänteln zum Einsatz. Diese werden in China hergestellt. Der dritte Sektor umfasst Betriebe aus der Baustoffindustrie, die den Kalk hauptsächlich in Meilern herstellen, was durch eine schlechte Qualität und einen hohen Energieverbrauch gekennzeichnet ist. Dieser Kalk wird im Wesentlichen im Bauwesen und für architektonische Zwecke eingesetzt und könnte ein Defizit in der chemischen und metallurgischen Industrie nicht ausgleichen.

Die nachhaltige Entwicklung der Wirtschaft und Gesellschaft hat den wissenschaftlichen Fortschritt und die strukturelle Anpassung in der Kalkindustrie allerdings vorangebracht. Im vergangenen Zeitraum des „10. Fünfjahrplans“ (2000 –2005) haben die schnellen Zunahmen in der Produktion von Stahl, Plastik und Aluminium die Entwicklung der Kalk­industrie gestärkt. Dank der Anwendung von Kalk bei der Reduzierung der Rauchgasoxide des Schwefels und bei der Neutralisierung saurer Industrieabwässer entwickelten sich die Kalkwerke sehr stark. Das Verhältnis von Kalk für industrielle Zwecke und für das Bauwesen ändert sich und ist dem in entwickelten Ländern ähnlich (Bilder 4–5). Der Verbrauch von Kalk nach Einsatzgebieten von 2001 bis 2010 wird in Tabelle 1 gezeigt. Zurzeit gibt es in China mehr als
5000 Kalkwerke. Die meisten von ihnen sind kleine Produktionsstätten, und der dort produzierte Kalk wird als Baustoff verwendet. Die Zahlen für den Kalk im Bauwesen und für architektonische Zwecke sind geschätzt. Die Mengen für die anderen Industriezweige sind vergleichsweise genau.               

Was Kalk als Baustoff betrifft, so erfordern Schnellstraßen und Autobahnen im Rahmen der Urbanisierung eine große Menge an Baukalk, während der Kalkverbrauch im Wohnungsbau, wo in der Vergangenheit der größte Teil verbraucht wurde, abnimmt. So erscheint in dieser Situation die Gesamtmenge mehr oder weniger konstant zu sein, d.  h. es gibt keine offensichtliche Zunahme oder Abnahme im Kalkverbrauch in diesen beiden Bereichen. Der Anteil  dieses Industriesektors nimmt jedoch ab.

2 Potentiale zur Energieeinsparung und Reduzierung von Emissionen in der Kalkindustrie

2.1 Gegenwärtiger Energieverbrauch in der Kalkindustrie

Die in der chinesischen Kalkindustrie eingesetzten Brennstoffe sind im Allgemeinen feste Brennstoffe, normalerweise Anthrazit mit einem hohen Heizwert. Da die Vorräte an Kohle ausgehen, kaufen die Kalkhersteller ihre Brennstoffe in der Region. So wird zum Beispiel im Nordosten und Westen des Landes Steinkohle durch Fettkohle oder minderwertige Kohle ersetzt. Kalkwerke in der metallurgischen Industrie mischen Gichtgas mit einem geringen Heizwert und Verkokungsgas für die Kalzination. Die zurzeit in der chinesischen Kalkindustrie verwendeten Brennstoffe sind in Bild 6 aufgelistet. Bild 7 zeigt die vorwiegend eingesetzten Brennstoffe in Europa.

Im Jahr 2006 wurden für den Wärmeaufwand ca. 24 Mio. t, für den Energiebedarf ca. 3 Mio. t und für den gesamten Energieverbrauch ca. 27 Mio. t Standardkohle in der chinesischen Kalkindustrie benötigt (Tabelle 2). Der gesamte Energieverbrauch in der chinesischen Baustoffindustrie beträgt ca. 223 Mio. t Standardkohle. Der Anteil der Kalkindustrie am Energieverbrauch der Baustoffindustrie beträgt 12,11 %. Das entspricht 1,11 % des gesamten Energieverbrauchs in China.    

2.2 Bewertung der CO₂-Emissionen in der Kalkindustrie

Im Prozess der Umwandlung von Kalkstein zu Kalk mit ­Hilfe der Kalzinierung (Bilder 8 und 9) werden große Mengen an CO₂ ausgestoßen. Während dieses Prozesses werden auch
große Mengen an Energie verbraucht (hauptsächlich durch ­Verbrennung von Kohle sowie Erdgas, Erdöl und anderen ­Ersatzbrennstoffen). Auch dabei wird eine gewisse Menge an CO₂ emittiert. Gegenwärtig beträgt die Menge an Prozess-CO₂ in ­China 1,17 t pro Tonne Kalk (Tabelle 3). Im Ausland werden Spitzenwerte von ca. 0,75 t CO₂/t Kalk erreicht. Dieser Unterschied ist hauptsächlich auf die Unterschiede in der Zusammensetzung des Kalksteins und auf den Grad der Kalzinierung zurückzuführen.

2.3 Die Hauptprobleme in der Kalkindustrie

Die gegenwärtigen Probleme in der Kalkindustrie können in vier Bereiche unterteilt werden:

1. Die Rückständigkeit bezüglich der Technologie und Ausrüstungen:

Mehr als 60  % des gesamten Kalks werden in Meilern hergestellt. Auch bezüglich der Reduzierung des Energieverbrauchs und eines umfassenden technischen Fortschritts in der Kalkindustrie erfordert dieses Problem dringend Lösungen.

2. Die Kleinbetriebe:

Mit der produzierten Menge an Kalk nimmt China einen Spitzenplatz in der Welt ein. Das technische Niveau der chinesischen Kalkindustrie liegt jedoch weit unter dem der entwickelten Länder.

3. Die unausgeglichene Entwicklung:

Der größte Teil der Investitionen in der Kalkindustrie geht in Kalkwerke von Stahlfirmen, deren Produkte jedoch nicht auf den Kalkmarkt kommen. Die enormen Investitionen haben ihre Funktion, nämlich die Förderung einer insgesamt ausgeglichenen Entwicklung der chinesischen Kalkindustrie, nicht vollständig erfüllt.

4. Der Mangel an professionellen Forschungseinrichtungen und -organisationen:

Hightech-Ausrüstungen für die Produktion müssen heute immer noch importiert werden. Das steht in keinem Verhältnis zu der Position als ein führendes Land in der Kalkproduktion.

3 Vorhersage des Bedarfs

3.1 Stahlindustrie

Die neue Politik bezüglich Stahl und Eisen ermutigt zu einer überregionalen Reorganisation der großen Stahlunternehmen. Mehr als 20  % rückständiger Kapazitäten könnten durch eine Auswahl bei der strukturellen Anpassung der Stahlindustrie abgebaut werden. Aus diesem Grund werden  Umbauprojekte und neue Projekte weiterhin zunehmen. Außerdem werden sich die Menschen mehr für Kalk interessieren und ihm eine größere Bedeutung beimessen, da er ein wichtiger Hilfsrohstoff für die Stahlherstellung ist. Für 2010 wird erwartet, dass die Produktion von Rohstahl mehr als 300 Mio. t beträgt. Dementsprechend werden mehr als 5 Mio. t Kalk für die Metallurgie benötigt werden.

3.2 Produktion von Calciumcarbid

In den vergangenen Jahren ist ein ständig steigender Ölpreis auf dem internationalen Markt zu einer  schweren Belastung für die schnell wachsende PVC-Industrie geworden. Seit 2003 wird das Verfahren zur Herstellung von Ethan aus Öl allmählich von Calciumcarbid abgelöst. 2006 erreichte die Produktion von Calciumcarbid zum ersten Mal 10 Mio. t. Die Calciumcarbidindustrie ist bereits zum zweitgrößten Verbraucher von Kalk geworden.   

3.3 Chlor, Alkalien, gefälltes Calciumcarbonat und Bauwaren, wie Gasbeton usw.

Die Produktion von Chlor, Alkalien, gefälltem Calciumcarbonat und Bauwaren, wie  Gasbeton usw., hat in den letzten ­Jahren kontinuierlich zugenommen. Dementsprechend steigt auch der Bedarf an Kalk.

3.4 Kalk für den Umweltschutz

2006 wurde auf diesem Gebiet eine Zunahme des Einsatzes von Kalk verzeichnet, was Ausdruck der Entschlossenheit Chinas bezüglich des Umweltschutzes und des in dieser Hinsicht erreichten Fortschritts ist. Der Einsatz von Kalk für die Reduzierung von Schwefelanteilen in Kraftwerksanlagen hat eine schnelle Entwicklung genommen.

3.5 Schnellstraßen und Urbanisierung

Als eines der Grundmaterialien für den Bau von Schnellstraßen, Autobahnen zwischen den Städten, für den Wohnungsbau in neu entstehenden Dörfern sowie als Unterbaumaterial spielt Kalk immer noch eine wichtige Rolle beim Mauern und Tünchen sowohl bei Ziegel- als auch bei Betonbauten. Allmählich zieht sich jedoch Kalk von seiner historischen Rolle im Städtebau zurück. Auf dem Gebiet des Bauwesens war in den letzten Jahren zwar eine geringe Abnahme der Gesamtmenge an Kalk zu verzeichnen, aber eine generelle Änderung der Gesamtmenge ist noch nicht deutlich sichtbar.

4 Vorschläge und Strategien

Die Einsparung von Energie und die Reduzierung von CO₂-Emissionen könnten folgendermaßen vorangetrieben werden:

1. Anpassung der industriellen Struktur, wodurch die Produktion im kleinen Maßstab begrenzt und die Vermarktung ­moderner Produktionsarten gefördert wird:

Die Kleinproduktion und Meiler sollten ab­geschafft bzw. entsprechend der regionalen wirtschaftlichen ­Situation begrenzt werden. In der Zwischenzeit sollte die Kalkproduktion und die Verwaltung von großen Stahlunternehmen vorangetrieben werden, damit diese auch auf dem nationalen Kalkmarkt tätig werden, um Fortschritte in der Kalkindustrie zu fördern.

2. Fortschritt in der Technologie:

China sollte die Forschung und Entwicklung in der Kalk­industrie verbessern. Auf der Grundlage der importierten Technik und Ausrüstungen sollten die Entwicklung und Förderung der vorhandenen Technologie forciert werden. Gleichzeitig sollte der Umbau halbmechanischer und mechanischer Schachtöfen gefördert und die Meiler abgeschafft werden. Es sollte eine qualitativ hochwertige Technologie der Kalkproduktion entwickelt und die Recyclingtechnik für Nebenprodukte des Kalks verbessert werden.

3. Optimale Nutzung von hochwertigem Kalkstein

4. Einsatz unterschiedlicher Brennstoffe in den Kalkdrehöfen:

Die Kalzinierung des Kalks sollte an die vielseitigen Brennstofferfordernisse angepasst werden. Insbesondere sollte es möglich werden, gasförmige Brennstoffe mit einem geringen Heizwert einzusetzen.

5. Nutzung der kompletten Abwärme im Kalkdrehofen genutzt werden, die vom Abgas im Vorwärmer des Ofens kommt:

Dabei handelt es sich um Abwärme im mittleren oder unteren Temperaturbereich, die bis jetzt noch nicht voll genutzt wird.