Die Keramikindustrie ist für den Ausstoß einer erheblichen Menge an Treibhausgasen verantwortlich. Mit dem Ziel, die Reduzierung des beachtlichen CO2-Fußabdrucks der Branche zu unterstützen, hat ein EU-finanziertes Forschungs- und Entwicklungsteam Technologie, Simulationen und Tests genutzt, um einen effizienteren Brennofen zu schaffen. Das Ergebnis: ein hochmoderner Brennofen, der sich durch einen optimierten Energieverbrauch, geringere Emissionen und niedrigere Betriebskosten auszeichnet.


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Die Keramikindustrie spielt mit 17 000 Unternehmen, über 240 000 Beschäftigten und erzielten Einnahmen in Höhe von fast 30 Milliarden EUR in der Wirtschaft der EU eine wesentliche Rolle. Doch die Branche hat auch einen hohen Energieverbrauch. So erfordert beispielsweise die Herstellung von nur einer Tonne Keramikfliesen 1,67 MWh Energie.

Der größte Teil dieser Energie (55 %) wird während des Brennprozesses verbraucht, bei dem Ton und Glasuren auf eine sehr hohe Temperatur gebracht werden. Dieses Erhitzen erfolgt üblicherweise mit einem natürlichen Gas, also mit einem fossilen Brennstoff. Das bedeutet, dass bei diesem Prozess eine erhebliche Menge an Treibhausgasen erzeugt wird. Da diese Gase stark reguliert sind, überrascht es nicht, dass die Keramikindustrie im Emissionshandelssystem der EU (EU-EHS) die meisten Anlagen zählt.

Der Schlüssel zur Reduzierung dieses CO2-Fußabdrucks ist die Schaffung eines effizienteren Brennofens – und genau das hat wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts DREAM erreicht.

„Um die Entwicklung von Brennöfen neu auf ein nachhaltigeres Modellkonzept auszurichten, hat das Projekt DREAM eine wesentlich verbesserte Architektur für Öfen der Keramikindustrie entworfen, entwickelt und demonstriert“, so Gabriele Frignani, Leiter des Bereichs angewandte Forschung bei Sacmi, einem in Italien ansässigen multinationalen Keramikunternehmen, und Projektkoordinator von DREAM. „Das Ergebnis ist ein neuer, hochmoderner Brennofen, der sich durch einen optimierten Energieverbrauch, geringere Emissionen und niedrigere Betriebskosten auszeichnet.“

Testen mittels Technologie

Traditionell konnte die Industrie Schadstoffemissionen durch den Einbau eines Gewebefilters in den Abluftkamin des Brennofens senken. Damit können zwar Emissionswerte gerade unter dem gesetzlichen Grenzwert gehalten werden, es verhindert jedoch nicht, dass Schadstoffe wie Stickstoff- und Schwefeloxide in die Luft entweichen. Aufgrund dieses Defizits und der Tatsache, dass die zulässigen Emissionsniveaus weiter gesenkt werden sollen, musste eine bessere Lösung gefunden werden.

DREAM wandte sich der Technologie zu, um dieses Problem zu lösen. Das Team hat ein softwarebasiertes Simulationsmodell entwickelt und getestet, das in der Lage ist, alle in einem Brennofen ablaufenden thermischen Prozesse einschließlich des Vorheizens, Brennens und Abkühlens zu analysieren. Durch die Nutzung des Systems wurde es nicht nur möglich, ineffiziente Bereiche schnell festzustellen, sondern auch verschiedene Änderungen und Lösungen digital zu testen.

„Diese Simulationen sparen während der Entwicklungsphase Zeit und Geld, da sie schnell aufzeigen, welche Wege vielversprechend sind und welche vermutlich in eine Sackgasse führen“, erklärt Frignani. „Dieser Ansatz ist bei dieser Art Forschungsprojekt, bei der aufgrund von Zeit- und Kostenvorgaben ein präziser Fahrplan erforderlich ist, besonders wertvoll.“

Mittels der Simulationsübungen konnte beispielsweise im Voraus festgestellt werden, dass durch das Ersetzen großer Turbinen durch Mikroturbinen entlang der Produktionslinie eine angepasste Menge an Strom für eine bestimmte Maschine produziert würde. Dies schließt nicht nur die Nutzung (und Verschwendung) überschüssiger Energie aus, es verringert auch die Zeit, die zur Wiederherstellung der thermischen Bedingungen nach Stromausfällen erforderlich ist, und es trägt zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks des Brennofens bei.

Eine bessere Art Brennofen

Trotz der Vorteile hat die Nutzung von Simulationsinstrumenten ihre Grenzen. Zum Beispiel können sie nicht prognostizieren, ob sich eine Veränderung beim Brennprozess negativ auf das Material selbst auswirken wird. Das Projekt führte, um diese Lücke zu füllen, Tests auf industrieller Ebene durch und wandte dabei sein virtuelles Modell auf einen realen Produktionsofen an.

„Diese Tests haben abschließend gezeigt, dass für Keramikunternehmen mit unserer Software eine Echtzeitüberwachung möglich ist und sie damit bei Bedarf direkt eingreifen können, um die Effizienz einer einzelnen Phase zu verbessern“, erklärt Frignani. „Das Endergebnis ist ein Brennofen, der besser produzieren kann und gleichzeitig weniger verbraucht und eine geringere Verschmutzung verursacht.“

Frignani merkt an, dass es wegen des erforderlichen Zeit- und Investitionsaufwands für einzelne Unternehmen fast unmöglich geworden ist, diese Art von Forschung und Entwicklung zu finanzieren – vor allem in einem wettbewerbsintensiven Sektor wie der Keramikbranche. „Forschungsprojekte wie DREAM werden bei der Entwicklung der Technologien und Fachkenntnisse, die die umweltfreundlichen Lösungen von morgen möglich machen werden, eine immer wichtigere Rolle spielen“, sagt er abschließend.



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