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Fragen & Antworten
Gips, geologisch auch als Gipsspat und chemisch Calciumsulfat-Dihydrat bekannt, ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Sulfate“. Chemisch definiert, trägt Gips den Namen Calciumsulfat mit der Formel CaSO4 x 2H2O.
Der Name Gips ist aus dem griechischen Wort γύψος gypsos (Gips, Kreide) abgeleitet, das seinerseits aus dem semitischen Sprachbereich übernommen wurde. Das lateinische Wort lautet gypsus. Weitere antike Bezeichnungen für Gips sind selenites (Mondstein), alabastron und lapis specularis (Spiegelstein).
Mit „Gips“ werden im deutschen Sprachgebiet sowohl das in der Natur vorkommende Gipsgestein bezeichnet als auch das chemisch entsprechende Sulfat-Nebenprodukt aus industriellen Prozessen (REA-Gips / Chemiegips).
Sulfatgestein kann in der Natur in verschiedenen Hydratstufen vorliegen: als Calciumsulfat-Dihydrat (nachstehend als Gips bezeichnet) oder als Anhydrit, der kristallwasserfreien Form des Calciumsulfats. Bedingt durch die geologische Vorgeschichte unterscheiden sich die in der Natur vorkommenden Gipsgesteine wesentlich in ihrem Reinheitsgrad sowie in ihrer Farbe und in ihrem Gefüge. Gips entstand vor 100 bis 200 Millionen Jahren.
Es sedimentierte beim Verdunsten von Wasser in flachen Meeresbuchten rund um die Erde. Wenn im Laufe der Erdgeschichte Gipslager von anderen Gesteinsmassen überdeckt oder weiteren geologischen Einflüssen ausgesetzt waren, verloren sie ihr Kristallwasser – es entstand Anhydrit (CaSO4). Sobald wasserfreier Anhydrit wieder mit Wasser in Berührung kommt, verwandelt er sich langsam zurück in Gips.
Gips findet man aber auch als Verwitterungsprodukt sulfidischer Erze und in vulkanischen Schloten (sogenannte White Smoker), wo er durch Reaktion von austretender Schwefelsäure mit Kalkstein entstehen kann.
Die natürlichen Lagerstätten sind meist mit Beimengungen versehen, die eine Parallelentwicklung bzw. aufeinanderfolgende Bildung verschiedener Minerale (sog. Paragenese), wie z.B. Aragonit, Calcit, Coelestin, Dolomit, Halit und Schwefel, begünstigen.
Gips kommt sowohl massiv, in feinkörniger Form als farbloser, weißer, gelber, roter oder grauer Alabaster vor, als auch feinfaserig als Fasergips oder Atlasspat. Alabasteraugen entstehen aus Calciumsulfat, das sich an einzelnen Stellen innerhalb eines Muttergesteins sammelte, bevor sich dieses gefestigt hatte, und dann später zu Alabasterkugeln verhärtete. Daneben finden sich manchmal durchsichtige Kristalltafeln, die als Marienglas oder Fraueneis (Selenit) bekannt sind.
Gefunden wird das Mineral in verschiedenen Kristallformen: So sind die Kristalle oft sehr groß, plastisch biegsam, vollkommen spaltbar, dicktafelig, oft krummflächig, manchmal auch verzwillingt; andererseits kommt Gips auch rosettenartig verwachsen als so genannte Sandrose, Gipsrose oder Wüstenrose vor. Die größten Sulfatlagerstätten in Deutschland gibt es im Zechstein (ca. 250 Millionen Jahre) Niedersachsens, Thüringens und Nordhessens; insbesondere am Süd- und Westharzrand in drei verschiedenen geologischen Schichteinheiten. Die Rohstoffe sind hier von grundsätzlich hoher Qualität mit Reinheitsgraden von über 90 % Gipsgehalt; die gewinnbaren Mächtigkeiten von 15 bis 70 m gewährleisten Lagerstätten mit großen Vorräten. Nicht zuletzt deshalb produziert hier traditionell die Gipsindustrie im Raum Nordhausen, Walkenried, Osterode und Stadtoldendorf.
Wirtschaftlich bedeutende hochwertige Naturgips- und Andydritgesteine gibt es in Süddeutschland nur im Mittleren Keuper (ca. 215 Millionen Jahre). Der „Grundgips“ besitzt Reinheitsgrade von 84 bis 98 % Gipsgehalt und ist damit stellenweise sogar für die Produktion von Spezialgipsen geeignet. Neben den störenden Karbonaten treten Tonminerale oder lösliche Salze als Nebengemengteile stark in den Hintergrund. Die hohe Qualität der Keupersulfate führt jedoch selbst bei geringer Mächtigkeit von nur 6 bis 11 m dazu, dass entlang der Keuperschichtstufe zwischen Nordfranken und der Schweizer Grenze in manchen Regionen zahlreiche Steinbrüche dicht nebeneinander im Abbau stehen.
Tiefer im Berg liegt das Gipslager in anhydritischer Ausbildung vor. Deshlab wird es auch an weniger Stellen unter Tage abgebaut und für neuere Anhydrit-Anwendungen genutzt. Bei untertägigem Abbau kommen speziell für diesen Zweck entwickelte Fahrzeuge zum Einsatz. Die Stollensysteme für den Örter-Festen-Bau werden ebenfalls mit Bohr- und Sprengarbeit in den Berg vorgetrieben. Je nach Ausbildung der Lagerstätte (Mächtigkeit, Standfestigkeit des Gebirges) und Gewicht des Deckgebirges sind die Festen sehr unterschiedlich in Umriss und Dimension ausgelegt.
Das anfallende Sulfatgestein wird häufig vor Ort in einer festen oder einer mobilen Brechanalage zerkleinert und zu den Weiterverarbeitungsstätten transportiert.
Im Mittleren Muschelkalk (ca. 225 Millionen Jahre) Süd- und Norddeutschlands wird nur selten Gips abgebaut. Und wenn doch, dann wegen der hohen Überdeckung ausschließlich in Grubenbetrieben. Die grauen Rohsteine verfügen über einen geringen Reinheitsgrad und können daher nur bedingt verwendet werden – meist als Zumischung zu Gipsprodukten und als Zementzuschlagstoff.
Gips ist auf allen Kontinenten verbreitet und konnte bisher an rund 4300 Fundorten nachgewiesen werden.
Besonders häufig trat er unter anderem in Algerien, Argentinien, Armenien, Australien, Belgien, Bolivien, Brasilien, Bulgarien, Chile, China, Deutschland, Frankreich, Griechenland, Indonesien, Iran, Irland, Italien, Japan, Kanada, Kasachstan, Madagaskar, Marokko, Mexiko, Namibia, Norwegen, Österreich, Peru, auf den Philippinen, in Polen, Portugal, Rumänien, Russland, Schweden, der Schweiz, in Slowakei, Spanien, Südafrika, Tschechien, der Türkei, Ungarn, im Vereinigten Königreich (Großbritannien), und den Vereinigten Staaten (USA) auf.
Gipssteine des Oberen Buntsandsteins (ca. 235 Millionen Jahre) in Deutschland haben wegen unzureichender Qualität derzeit keine wirtschaftliche Bedeutung.
Quellen: Tierwelt in Gipssteinbrüchen, S. 7, http://www.chemie.de/lexikon/Gips.html (zuletzt abgerufen am 18. März 2015)
Seit dem Mittelalter wird gipshaltiges Gestein in Steinbrüchen oder bergmännisch abgebaut, sortiert und in Brechmühlen weiter zerkleinert, so dass es dem Brenn- oder Kochprozess zugeführt werden konnte.
Früher wurden Gipsbrennereien betrieben, bei denen Meiler- oder Grubenöfen mit Holz oder Torf befeuert wurden. Anschließend wurde der Gips in einer Gipsmühle fein gemahlen. Ein anderes Verfahren bestand darin, im Stollen ein Feuer anzufachen und anschließend den gebrannten Gips herauszuschlagen.
Heute wird Gips in Tagebau-Steinbrüchen oder unter Tage abgebaut. Das Gips wird dabei zunächst mit Steinbrechern (Maulbrechern) vorgebrochen und dann in Glockenmühlen und Verticalmahlgängen zerkleinert wird.
Nein. Naturgips kann nicht vollständig durch Rauchgas-Entschwefelung (REA) oder Recycling-Gips substituiert werden. Das hat folgende Gründe:
- Die Qualität
Gipsprodukte sind auf individuelle Kundenvorgaben zugeschnitten, deren Qualitätsanforderungen durchweg sehr hoch sind. Entscheidend sind vor allem Belange der Reinheit, der Farbe, der erzielbaren Oberflächenhärte im Produkt und des ökologischen Bauens.
Häufig genügt REA-Gips nicht diesen besonderen Anforderungen, z.B. eignet sich die Korngröße nicht für den vorhergesehenen Zweck. Nur in wenigen Ausnahmefällen kann sowohl REA- als auch Recycling-Gips verwendet werden. Es handelt sich beim Recycling-Gips im Vergleich zum Naturgips nur um unbedeutende Mengen, die kaum ins Gewicht fallen.
Für eine Substitution von Natur- durch REA- oder Recycling-Gips gelten je Produktsegment folgende Ausschlusskriterien:
Lebensmittel, Futtermittel, „Zucker“-Gips:
Es gilt die Zusatzstoffverkehrsverordnung, welche Werte für Blei, Fluorid, Selen und der Farbe nach dem Codex Alimentarius vorgibt. REA-Gips erfüllt nicht die Forderungen für Futter – und Lebensmittel. Beim Zuckergips gibt es die Möglichkeit, auch REA-Gips einzusetzen. Recycling-Gips ist hier aufgrund der Verunreinigungen ebenfalls nicht zu verwenden.
Spezialbaustoffe/Formengipse/Dentalgipse:
Ein wesentliches Kriterium für den Wunsch des Kunden, Naturgips einzusetzen, ist die Farbe. REA-Gipse sind in der Regel nicht „weiß“, wodurch wesentliche Anwendungen ausgeschlossen sind. Produkte im Bereich Fussboden werden bereits mit REA-Gips hergestellt bzw. mit Anhydrit.
REA-Gips
Rea-Gips hat je nach produzierendem Kraftwerk eine spezifische Qualität. Diese hängt im Wesentlichen von dem verwendeten Adsorbens (Kalksteinmehl/Kalk) und der Fahrweise der REA-Wäsche bzw. des Kraftwerkes ab. Verbunden damit sind spezifische Verunreinigungen je REA-Gipssorte, verschiedene Kornverteilungen und die Farbe. Produkte aus REA-Gips erbringen teilweise nach dem Brennen deutlich höhere Härten/Sprödigkeit als Naturgipsprodukte, was besonders bei Wandbaustoffen problematisch ist.
Recycling-Gips
Recycling-Gips ist mit einer durchschnittlichen Reinheit von ca. 80-85% und einem nicht unerheblichen Anteil an Papierfasern trotz modernster Aufbereitungstechnik nicht für die Herstellung aller Gipsbaustoffe geeignet und kommt in der derzeitigen Form eher als Ersatz für REA-Gips in Betracht.
Die MUEG (Mitteldeutsche Umwelt- und Entsorgungs GmbH, wie CASEA ein Tochterunternehmen von REMONDIS) betreibt in Großpösna die erste deutsche Gipsrecyclinganlage. Die erzeugten Mengen werden derzeit komplett von CASEA übernommen und bereits jetzt in Produkten im Fußbodenbereich verarbeitet. Recyclinggips aus Baustellenabfällen weist höhere Anteile an Fremdbestandteilen und Papierresten auf. Produkte, welche bei niedrigen Temperaturen als 350°C aus Recyclinggips gebrannt werden, haben diese Papierreste auch nach dem Brennvorgang. Im CASEA-Werk in Ellrich haben alle Brennstufen niedrigere Temperaturen, daher schließt sich derzeit der Einsatz von Recycling-Gips in Thüringen aus. Die Brennanlagen in Lünen und im Werk Dorste haben höhere Kalziniertemperaturen, hier setzt CASEA die Mengen der MUEG derzeit bereits im größeren Maßstab ein.
- Problematik Mengen
Auch mengenmäßig kann Naturgips langfristig in Deutschland nicht durch REA- oder Recycling-Gips ersetzt werden.
REA-Gips
REA-Gips entsteht nur in Kohlekraftwerken als Nebenprodukt der Rauchgasentschwefelung. Da im Rahmen der Energiewende die Stromgewinnung durch Braun- und Steinkohle stark zurückgehen wird, steht künftig immer weniger REA-Gips zur Verfügung. Aus diesen Gründen ist REA-Gips keine langfristige Alternative zum Naturgips. Schon heute ist REA-Gips aufgrund der bereits erfolgten Reduzierung der Braun- und Steinkohleproduktion kaum mehr erhältlich, da die Kohlekraftwerke aufgrund langfristiger Kontrakte an bestimmte Großabnehmer gebunden sind und somit keine nennenswerten REA-Gips-Mengen auf dem Markt frei verfügbar sind.
Bestätigt wird diese Markteinschätzung durch eine aktuelle Studie, die im Auftrag des Bundesverbands Baustoffe – Steine und Erden e. V. erstellt wurde und zu dem Ergebnis kommt, dass der Ausstieg aus der Verstromung von Kohle zu einem erheblichen Rückgang von REA-Gips führen wird.
Recycling-Gips
Auch Recycling-Gips kann diese Lücke nicht vollständig ausgleichen. So wird 2050 der Anteil von Recycling-Gipsen bei 20 Prozent, der von REA-Gipsen nur noch bei 10 Prozent am Gesamtbedarf liegen. 70 Prozent macht dann Naturgips aus.
- Problematik Transportwege, Energie- und Rohstoffeinsatz
Zu berücksichtigen ist auch, dass die langen Transportwege von REA-Gips von den Braun- und Steinkohlewerken in die Werke zur Gipsproduktion sowohl die Kosten des REA-Gipses als auch das Verkehrsaufkommen in der Region und damit auch die verkehrsbedingte Umweltbelastung erheblich erhöhen würden.
REA-Gips besitzt im Vergleich zum Naturgips eine dreifach höhere Restfeuchte. Der entsprechend höhere Energiebedarf bei der Trocknung macht ihn zusätzlich teurer. Somit ist REA-Gips auch in energetischer Hinsicht die ungünstigere Lösung.
Der in Ellrich von CASEA eingesetzte REA-Gips wird hauptsächlich über Anteile an Mengen der Bahnbetriebsgesellschaft Stadtoldendorf bezogen, welche mit jährlich 100-150 Tausend Tonnen den REA-Gipsbedarf der niedersächsischen Gipswerke im Harz deckt.
Zudem wird bei der Rauchgasentschwefelung der Rohstoff Kalk benötigt, der ebenfalls aus Steinbrüchen gewonnen werden muss.
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Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe
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