Skalierung nachhaltiger Zementproduktion

Das britische Start-up Material Evolution entwickelte im Jahr 2020 eine nachhaltige Alternative zu Zement. Nach erfolgreichen Tests im kleinen Maßstab war das Unternehmen bereit für den nächsten Schritt in Richtung industrielle Produktion. Die Gründer wandten sich an die Pulververarbeitungsexperten von Hosokawa Micron, um Beratung und Unterstützung bei der Skalierung zu erhalten. Heute stehen sie kurz davor, eine Produktionsanlage mit einer Kapazität von 120.000 Tonnen pro Jahr zu eröffnen.

Als Dr. Liz Gilligan entdeckte, dass Ordinary Portland Cement (OPC) eine der größten Quellen für CO₂-Emissionen ist, beschloss sie zu handeln. „Zement ist das am zweithäufigsten verwendete Produkt der Welt, nach Trinkwasser. Der traditionelle Zementherstellungsprozess verursacht eine chemische Reaktion, die CO₂ freisetzt, und erfordert enorme Mengen an thermischer Energie“, erklärt sie.

„Ich glaube, dass jeder zur Lösung der Klimakrise beitragen kann und sollte. Die Belohnung ist von planetarischer Bedeutung. Nach meiner Promotion im Bereich nachhaltiger Zement habe ich mein Labor buchstäblich in der Garage meiner Eltern eingerichtet und begonnen, Zement neu zu definieren“, erzählt sie. Dies führte 2020 zur Gründung von Material Evolution.

Eine nachhaltige Alternative

Die nachhaltige Alternative von Material Evolution zu OPC basiert auf einem Verfahren, das als Alkali-Fusion bekannt ist. „Anstatt Zement bei hohen Temperaturen zu brennen, erzielen wir ein vergleichbares Ergebnis, indem wir verschiedene pulverförmige Rohstoffe zusammenführen. Dies reduziert die CO₂-Emissionen während der Produktion um 85 % und führt zu einem nachhaltigeren Endprodukt. Außerdem wird unser Produkt aus Industrieabfällen hergestellt, was zur Kreislaufwirtschaft beiträgt“, erklärt Dr. Gilligan.

Neues nachhaltiges Zementwerk im Bau in Wrexham, VK

Vom Konzept zur Markteinführung

„Nachdem wir das Konzept in unserer Pilotanlage in Middlesborough im kleinen Maßstab erfolgreich getestet hatten, wollten wir unser Produkt so schnell wie möglich auf den Markt bringen“, sagt Clark, Chief Operations Officer und Mitbegründer von Material Evolution. Er teilt Dr. Gilligans Dringlichkeit, die Klimakrise zu bewältigen. „Über Kontakte habe ich erfahren, dass Hosokawa Micron Experten für Pulververarbeitungstechnologie sind. Wir haben uns mit ihnen in Verbindung gesetzt, um die Möglichkeiten für eine industrielle Umsetzung unserer Lösung zu erkunden.“

Homogenes Mischen mit hoher Durchsatzrate

Marc Jacobs, Team Manager CMM bei Hosokawa Micron, unterstützte das Material Evolution-Team bei der Entwicklung der effizientesten Mischanlage für ihr Werk. „Für den Erfolg unserer Anlage waren eine homogene Mischung, eine hohe Durchsatzrate und die Flexibilität der Rohstoffe entscheidend. Wir möchten hohe Standards in Bezug auf Materialkonsistenz, Qualität und Reproduzierbarkeit für unsere Kunden gewährleisten“, betont Clark.

„Normalerweise hätten wir Liz und Sam in unseren Standort in Doetinchem eingeladen, um ihre Anforderungen zu besprechen und Tests in unserem Versuchszentrum durchzuführen“, sagt Jacobs. „Aber das geschah alles während der COVID-Beschränkungen, also hatten wir viele Zoom- und Teams-Meetings.“

„Im Dezember 2021 kamen Marc und sein Kollege Dirk de Jong, Service Engineer, nach Middlesborough mit dem vorgeschlagenen Demo-Gerät. Dirk hatte persönlich an der Konstruktion und Entwicklung der Maschinen und Prototypen mitgearbeitet. Sie kamen an meinem 30. Geburtstag an – es war ein großartiges Geburtstagsgeschenk!“, erinnert sich Dr. Gilligan.

Schwerkraftbasiertes System

„Das System arbeitet auf der Basis von Schwerkraft. Marc und Dirk haben uns sogar geholfen, eine Gestellstruktur zu bauen, um den Mischer und die Dosiergeräte auf die richtige Höhe zu bringen. Danach richteten sie die Maschinensteuerung ein und verbrachten etwa eine Woche mit der Optimierung der Durchsatzraten“, ergänzt Clark. „Am Ende des Tests hatten wir rund 20 Tonnen Material produziert. In echter Start-up-Manier haben wir die Grenzen des Pilotanlagen-Systems ausgereizt. Hosokawa dachte zunächst an ein bis vier Tonnen pro Stunde, aber wir erreichten sogar sechs Tonnen pro Stunde. Es war ein lehrreicher Prozess für beide Seiten.“

Ungeduld trifft auf Pragmatismus

„Ich bin nicht gerade für meine Geduld bekannt, also konnte ich es nach dem erfolgreichen Test vor Ort kaum erwarten, kommerziell zu starten“, gibt Dr. Gilligan zu. „Marc war sehr pragmatisch und hilfsbereit. Er arrangierte, dass wir die gesamte Testausrüstung behalten konnten, anstatt auf neue Geräte zu warten. Diese Pilotanlage läuft nun seit drei Jahren, mit nur wenigen Optimierungen wie einem Fördersystem und einem Hebesystem für Pulver. Das spart viel manuelle Arbeit!“

Misch- und Dosieranlage bei Material Evolution, Hersteller von nachhaltigem Zement

Engagement für Nachhaltigkeit

„Für mich sind Offenheit und Ehrlichkeit die wichtigsten Säulen einer Zusammenarbeit; der Planet hat keine Zeit für Spielchen. Wir müssen uns gegenseitig herausfordern, um echte Veränderungen zu bewirken, und Marc war ein großartiger Sparringspartner, der keine Angst hatte, kritische Fragen zu stellen“, sagt sie.

„Ich schätze auch, dass Hosokawa sich wirklich für Nachhaltigkeit engagiert. Viele Unternehmen behaupten, nachhaltig zu sein, aber bei Hosokawa spürt man, dass es mehr als nur leere Worte sind. Sie beteiligen sich an zahlreichen Initiativen – von der Reduzierung ihres eigenen CO₂-Fußabdrucks bis zur Entwicklung von Prozessen zur Rückgewinnung von Carbon Black.“

Zukunftsorientierte Skalierung

Die Industrie reagiert bereits positiv auf ihre OPC-Alternative, so Clark: „Die Bauindustrie ist traditionell vorsichtig und zögerlich gegenüber Veränderungen. Deshalb haben wir gezielt nach Kunden gesucht, die unsere Nachhaltigkeitsziele teilen und begeistert von innovativen, grünen Technologien sind.“

Ein früher Kunde ist ein Hersteller von Bausteinen in Wrexham, wo Material Evolution eine neue Produktionsanlage errichtet. „Unsere Pilotanlage in Middlesborough kann bis zu 96 Tonnen pro Tag produzieren, allerdings immer noch im Batch-Verfahren. Doch sobald wir die neue Anlage in Wrexham eröffnen, werden wir 120.000 Tonnen pro Jahr herstellen“, berichtet Clark. „Die Zementprodukte gehen direkt von unserer Fabrik in die Produktionsprozesse unserer Kunden, was kaum Transportkilometer bedeutet.“

Auf dem Weg zur kontinuierlichen Produktion

„Es ist ein unglaubliches Gefühl, von Experimenten in der Garage meiner Eltern über eine Pilotanlage bis hin zur kontinuierlichen Produktion zu kommen. Wir sind sehr zufrieden mit der bisherigen Zusammenarbeit mit Hosokawa und hoffen, dass sie weiterhin Teil unserer Reise bleiben, während wir weiter skalieren“, schließt Dr. Gilligan.