Baustoffanlagen: Zukunftsfähig durch digitale Technologien

thyssenkrupp AG

Digitale Technologien können dazu beitragen, die Zementindustrie zukunftsfähig zu machen. Der Schlüssel für den Erfolg liegt in einem ganzheitlichen Ansatz entlang der digitalen Wertschöpfungskette.

Vielfältige Herausforderungen prägen das Marktumfeld in der Zementindustrie. Im Fokus der Branche stehen derzeit der Umgang mit Überkapazitäten, die Vermeidung von umwelt- und klimaschädlichen Emissionen und die Nutzung der Chancen der Digitalisierung. Dabei sind die Vergaben von Neuanlagen in vielen Ländern rückläufig. Immerhin wächst die Nachfrage nach Kapazitätserweiterungen und Einzelmaschinen noch leicht. Potenzial gibt es dabei vor allem in Regionen, die in den Ausbau ihrer Infrastruktur investieren.

Wachstumsmarkt Europa

In Europa ist Polen ein wichtiger Wachstumsmarkt für die Zementindustrie. Der Zementbedarf ist dort im ersten Halbjahr 2019 um rund 8 % gestiegen, nachdem die Nachfrage bereits im Vorjahr um 10 % auf 18,7 Mio. Tonnen zulegte. In der Türkei setzte sich der dramatische Einbruch des lokalen Marktes hingegen fort. Die ersten acht Monate des Jahres 2019 brachten einen Nachfragerückgang um 37 % im Vergleich zu 2018. Infolge dieses massiven Einbruchs ist das Land bestrebt, Zement zu exportieren, um die vorhandenen Kapazitäten besser auszulasten. Russland erlebte 2019 eine solide Entwicklung und verzeichnete ein Wachstum der Nachfrage um 5 %.

Erholung in den USA und Südamerika

In den USA lag der Zementabsatz 2019 bei fast 100 Mio. Tonnen. Das entspricht einem Wachstum von über 3 % gegenüber 2018. In Brasilien erholt sich die Wirtschaft und damit steigt auch der Zementabsatz, der 2019 um 3 % zulegte. Im übrigen Südamerika war der Trend größtenteils ebenfalls positiv – trotz wirtschaftlicher und politischer Turbulenzen in Ländern wie etwa Bolivien, Chile und Venezuela.

Uneinheitliche Entwicklung in Afrika

Der afrikanische Markt entwickelte sich im vergangenen Jahr uneinheitlich. Während die Zementnachfrage in Kenia rückläufig war, verzeichnete Nigeria ein leichtes Wachstum. Aus Marokko wurden sogar deutliche Zuwächse gemeldet. Das nordafrikanische Land investiert derzeit in den Ausbau der Herstellungskapazitäten und hat 2019 den Auftrag für den Bau eines neuen Zementwerks in der Provinz El Jadida, 150 km südlich von Casablanca, an einen europäischen Anlagenbauer vergeben. Die Produktion soll die steigende Nachfrage nach Wohnraum und Infrastrukturprojekten in Marokko und ganz Afrika decken.

Marktschwäche im Nahen Osten

Der Nahe Osten hatte in den letzten Jahren mit Ölpreisschwankungen und politischen Unruhen zu kämpfen, was sich grundsätzlich negativ auf die Nachfrage nach Zement auswirkte. Immerhin neigt sich die hartnäckige Marktschwäche im wichtigen Markt Saudi-Arabien dem Ende entgegen. Im Zuge der Umsetzung der Vision 2030 – Saudi-Arabiens Plan zur Diversifizierung seiner Wirtschaft – sollen künftig wieder mehr Großprojekte umgesetzt werden. So plant das Königreich beispielsweise die Sanierung und den Ausbau von fünf Flughäfen und den Bau von 2.000 km Eisenbahnstrecke.

Robuste Nachfrage in China und Indien

Indien ist ein Wachstumsmarkt für die Zementindustrie. Dort sind die Perspektiven sowohl für die Anbieter von Maschinen- und Anlagen als auch für Servicedienstleister vielversprechend. In Vietnam steigt der lokale Zementabsatz im Zuge des Ausbaus der Infrastruktur und umfangreicher Wohnungsbauprojekte kontinuierlich an. Gleichzeitig erweist sich die Exportnachfrage, vor allem aus China, als äußerst robust. Die Produktionsmenge konnte 2019 um rund 2 % auf 95 Mio. Tonnen (2018: 93,5 Mio. Tonnen) ausgeweitet werden und erreichte damit einen neuen Rekordwert.

Hohe Überkapazitäten sind weiterhin eines der größten Probleme für die Zementindustrie. Vor allem in Asien, im Mittleren Osten und in Afrika spüren die Hersteller die damit einhergehenden Herausforderungen wie etwa eine Stabilisierung der stark unter Druck stehenden Margen zu erreichen.

Am Beispiel Ägypten wird die prekäre Lage vieler Zementhersteller exemplarisch deutlich: Während der jährliche Zementverbrauch in dem nordafrikanischen Land rund 50 Mio. Tonnen beträgt, liegen gleichzeitig Kapazitäten von ca. 35 Mio. Tonnen brach.

In der Volksrepublik China haben die Konsolidierungsmaßnahmen der Regierung dazu geführt, dass Angebot und Nachfrage annähernd wieder im Gleichgewicht sind. Chinesische Produzenten können somit im heimischen Markt steigende Preise durchsetzen und verfügen über ausreichende finanzielle Mittel, um mit politischer Unterstützung auch im Ausland zu expandieren. Hauptziel für chinesische Investitionen ist weiterhin Afrika. Darüber hinaus rücken die Länder Südost- und Zentralasiens im Zuge der Initiative „Neue Seidenstraße“ verstärkt in den Fokus der chinesischen Expansionsbestrebungen.

Für europäische Anlagenbauer bleibt China ein schwieriger, angesichts des Volumens gleichwohl attraktiver Markt. Zementanlagenbetreiber sind dort einem hohen Modernisierungsdruck ausgesetzt. Mit Technologien zur kohlenstoffarmen Zementproduktion beweisen europäische Anlagenbauer ihre verfahrenstechnische Kompetenz und können mit Lösungen für mehr Energieeffizienz und Klimaneutralität in der Volksrepublik wichtige Kundenwünsche erfüllen.

Die Herstellung von Zement ist ein sehr energieintensiver Prozess, bei dem große Mengen klimarelevanter Gase freigesetzt werden: Untersuchungen zufolge verursacht die Zementproduktion rund 7 % der weltweiten CO2-Emissionen.

Gleichzeitig ist Zement ein auf absehbare Zeit unverzichtbarer Grundstoff für den weltweiten Infrastrukturausbau. In diesem Spannungsfeld gerät der weltweite Trend zur Urbanisierung und der dadurch erforderlich werdende Ausbau der Infrastruktur in immer stärkerem Maße in Konflikt zu Nachhaltigkeitsbestrebungen und konfrontiert die Branche mit bislang ungelösten Fragestellungen.

Das UN-Klimaabkommen, die Festschreibung von Nachhaltigkeit und Klimaneutralität als Entwicklungszielen sowie neue soziale Bewegungen („Fridays for Future“) sind Ausdruck für des wachsenden politischen und gesellschaftlichen Willen, vor allem die energieintensiven Industrien in die Bemühungen für das Gelingen einer klimaschonenden Produktion einzubinden. Diese Forderungen werden erhebliche Auswirkungen auf die Zementindustrie haben. Allen Akteuren ist dabei bewusst, dass die bislang ergriffenen Maßnahmen wie etwa eine höhere Kohlendioxidbesteuerung und strengere Emissionsgrenzwerte allein nicht ausreichen werden, um die Auswirkungen des Klimawandels zu begrenzen.

Umso wichtiger wird es sein, alle technischen Möglichkeiten für eine CO2-neutrale Zementherstellung auszuschöpfen und im industriellen Maßstab einzusetzen.

Bereits heute sind Technologien verfügbar, die es ermöglichen, die Menge des im Zementherstellungsprozess anfallenden CO2 zu minimieren oder um das Gas als Rohstoff sinnvoll zu nutzen. Weiteres Potenzial für eine nachhaltige Produktion liegt unter anderem in der Reduzierung von Stickstoff-Emissionen und in einem effizienten Einsatz von Ressourcen, Energie und Bindemitteln.

Zementhersteller und Anlagenbauer begegnen den komplexen Herausforderungen des Klimawandels durch Kooperationen und die gezielte Entwicklung neuer Produkte und Verfahren.

Oxyfuel-Carbon-Capture-Technologie

Ein Beispiel ist die Forschungsgesellschaft „CI4C – Cement Innovation for Climate“, die vier europäische Zementhersteller im Dezember 2019 gegründet haben. Ziel der Vereinigung ist es, die praktische Anwendbarkeit der Oxyfuel-Carbon-Capture-Technologie im Zementherstellungsprozess zu untersuchen.

Das dabei erstmalig zur Anwendung kommende „Pure Oxyfuel“-Verfahren ermöglicht eine saubere CO2-Abspaltung im Zementherstellungsprozess. Letztlich sollen mit dieser Initiative die Voraussetzungen für einen großflächigen Einsatz von Technologien zur CO2-Speicherung in den Zementwerken geschaffen werden, um beispielsweise eine spätere Verwendung von Kohlendioxid als Rohstoff in anderen industriellen Prozessen zu ermöglichen. 

Ein weiteres Beispiel ist das interdisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsprojekt „Westküste 100“. Hierbei soll aus Offshore-Windenergie sogenannter grüner Wasserstoff für industrielle Zwecke gewonnen werden. Teil dieser Prozesskette ist ein im Oxyfuel-Verfahren betriebenes Zementwerk. Das in der Anlage entstehende CO2 könnte als Rohstoff zusammen mit dem grünen Wasserstoff zur Herstellung klimafreundlicher Treibstoffe genutzt werden.

Diese Beispiele verdeutlichen, dass es nicht ausreicht, Anlagen und Komponenten isoliert zu betrachten. Industrie, Wissenschaft und Politik müssen vielmehr ganzheitliche Konzepte entwickeln, die auch die vor- und nachgelagerten Prozessschritte miteinbeziehen. 

 

Ein deutlicher Ausbau der erneuerbaren Energien, eine höhere Energieeffizienz und eine stärkere Nutzung von innovativen Energieträgern wie etwa Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen sind wesentliche Bausteine, die für ein solches integriertes, klimafreundliches System in der Zementherstellung notwendig sind.

Für die Zementwerksbetreiber ist der Einsatz von digitalen Technologien ein wesentlicher Hebel zur Steigerung der Prozesseffizienz und zur Erreichung von Nachhaltigkeitszielen.

Riesige Datenmengen bilden die Grundlage für eine nahezu autonome Fertigung, bei der Produkte und Produktionsprozesse in einem engen digitalen Dialog miteinander stehen. Die meisten Maschinen und Anlagenkomponenten erzeugen bereits heute große Datenmengen, die in einer intelligenten Cloud zusammengefasst und durch den Einsatz smarter Algorithmen und künstlicher Intelligenz ausgewertet werden können.

Digitale Technologien können somit dazu beitragen, die Zementindustrie zukunftsfähig zu machen. Der Schlüssel für den Erfolg liegt in einem ganzheitlichen Ansatz entlang der digitalen Wertschöpfungskette. Dabei gilt es, Technologien in eine integrierte Architektur mit Services, digitalen Plattformen und ganzheitlichen Lösungen einzubetten.

Wie die Zementbranche sich entwickeln wird, kann heute niemand genau vorhersagen. Offensichtlich ist jedoch, dass die Themen Klimaschutz und Nachhaltigkeit zu den zentralen Herausforderungen – und Chancen – des Industriezweigs zählen. In diesem Umfeld kommt dem Zementanlagenbau und seinen Partnern die Aufgabe zu, Prozesse und Technologien zu entwickeln, die eine weitgehend CO2-freie Zementproduktion ermöglichen.

Entscheidend für die Zukunft der Branche wird dabei sein, einen Ausgleich zwischen Umwelt- und Klimaschutz sowie wirtschaftlichem Kalkül herzustellen. Die Politik ist gefordert, den passenden Rahmen zu setzen, der es der Industrie ermöglicht, diese beiden Anforderungen in Einklang miteinander zu bringen.