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Erschließung der Ressourceneffizienzpotenziale im Bereich der Kreislaufwirtschaft Bau^Forschungsinitiative Zukunft Bau - Forschungscluster 'Nachhaltiges Bauen/Bauqualität', Untersuchung der Ressourceneffizienzpotenziale im Bereich der Abfall- und Kreislaufwirtschaft

Kernanliegen des Vorhabens ist es, einen Überblick darüber zu gewinnen, wie sich Bauabfälle einer stofflichen Verwertung zuleiten lassen und dabei möglichst in gleicher oder anderer Funktionalität wieder in Bauprodukte zurückgeführt werden können, bevor sie in eine anderweitige bzw. thermische Verwertung gelangen. Ziel ist die Herbeiführung einer verbesserten Kreislaufwirtschaft im Bereich der Bauwirtschaft. Ausgangslage: Mit dem Beschluss der Bundesregierung 'Nachhaltiges Deutschland' wurde als einer der Leitindikatoren die Ressourceneffizienz bestimmt. Darin wird gefordert, die Ressourceneffizienz vom Niveau 1990 bis 2020 um 50Prozent zu steigern. Da der Indikator aus dem Quotient von BIP und Materialumsatz in Tonnen gemessen wird, hat das Bauwesen mit den eingesetzten Massenbaustoffen einen hohen Anteil (ca. 50Prozent). Die Anforderungen an Bauwerke sind maßgeblich durch die gesellschaftlichen Vorgaben definiert. Da zudem die Wertschöpfung bezogen auf die Masse der Substanz im Verhältnis zu anderen Wirtschaftszweigen gering ist, sind Ressourceneinsparungen schwieriger zu realisieren als bei anderen Produktbereichen. In Deutschland werden nach Angaben der Bauwirtschaft bereits annähernd 90Prozent des entstehenden Abfalls verwertet und ein hoher Anteil davon recycelt (Nachnutzung). Dennoch fallen am Ende des Lebenszyklus nach wie vor Bauabfälle in der Größenordnung von 32,5 Mio. Tonnen an, die nicht dem Recycling, sondern der 'sonstigen Verwertung' zugeführt werden. Ziel: Das Projekt hat das Ziel, Potenziale zur Steigerung eines hochwertigen Recyclings bei Bauschutt und Baustellenabfällen zu untersuchen. Hierfür werden die derzeitigen Stoffströme der Massenbaustoffe Beton, Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton, Gips, Holz, Mineralwolle und Hartschaumdammstoffe, Glas und Kunststoffe analysiert und zwei Szenarien für 2030 aufgestellt. Dabei sollen typische Hemmnisse bei der Steigerung der Kreislaufführung von Baumaterialien aufgezeigt werden. Für die Potenzialabschätzung werden vorab Herkunft, Zusammensetzung und Verwertungswege der genannten Materialfraktionen überschlägig ermittelt. Einen Schwerpunkt der Betrachtung bilden die technischen Möglichkeiten zur Steigerung der Kreislaufführung durch höherwertige Verwertung der Abfallströme des Bauwesens. Innovative Recycling- und Verwertungstechnologien kommen zur Bewertung. Zusätzlich zu den Verfahren zur Gewinnung hochwertiger Rezyklate und deren Optimierungspotenzialen sollen Aufnahmekapazitäten des Bauwesens für mögliche recycelbare Stoffmengen entlang der Bautätigkeit 2010 bis 2030 eingeschätzt werden.

Herstellung von Kalksandsteinen aus Bruchmaterial von Kalksandsteinmauerwerk mit anhaftenden Resten von Daemmstoffen sowie weiterer Baureststoffe

Fuer eine umweltvertraegliche Mauersteinproduktion sind Fragen der Wiederverwertung von Abbruchmaterial aus Bauwerken von wichtiger Bedeutung. Fruehzeitig hat sich deshalb die Kalksandsteinindustrie entschlossen, Forschungsaktivitaeten auf das Recyclingverhalten von Kalksandsteinen zu konzentrieren. Damit bekennt sie sich zu dem Ziel des im Herbst 1996 verabschiedeten Kreislaufwirtschaftsgesetzes, das eine moeglichst weitgehende Wiederverwertung von Baurestmassen anstrebt. Neben der Entlastung der Deponien von wiederverwertbarem Abfall kann durch das Recycling von Kalksandsteinmauerwerk eine Schonung wertvoller Rohstoffressourcen erreicht werden. Die Zugabe von reinem KS-Bruchmaterial zur KS-Rohmischung und dessen Auswirkung auf die qualitaetskennzeichnenden Eigenschaftswerte von Kalksandsteinen wurde mit dem Forschungsvorhaben 'Wiederverwertung von Kalksandsteinen aus Abbruch von Bauwerken bzw aus fehlerhaften Steinen aus dem Produktionsprozess' (erschienen im August 1994, Forschungsvereinigung Kalk-Sand eV) ausfuehrlich untersucht. Das Ergebnis dieses ersten Forschungsvorhabens zum Recycling von Kalksandstein besteht in der Erkenntnis, dass die Zugabe von reinem KS-Buchmaterial ohne wesentliche Aenderungen der Eigenschafswerte der KS-Pruefkoerper grundsaetzlich moeglich ist. Einbussen bei der Steindruckfestigkeit kann mit Hilfe von gezielten - jedoch kostenintensiven - produktionstechnischen Massnahmen (zB Erhoehung der Kalkdosis, Verlaengerung der Haertezeit) entgegengewirkt werden. Die vorliegende Arbeit ist die Fortsetzung des og Forschungsvorhabens und beschreibt die Untersuchungen ueber die Verwertung von Kalksandsteinbruchmaterial mit Resten anhaftender anderer Baustoffe als Zuschlagstoff fuer die KS-Herstellung. Die grundsaetzlichen Auswirkungen unterschiedlicher Zugabemengen an verunreinigtem Bruchmaterial auf wesentliche Eigenschaften von Kalksandsteinen werden nach baustofftechnischen Gesichtspunkten untersucht. Insgesamt zeigen die vorliegenden Untersuchungsergebnisse, dass die Herstellung von Kalksandsteinen unter Verwendung von zerkleinertem KS-Bruchmaterial mit Resten anhaftender anderer Baustoffe in den meisten Faellen prinzipiell moeglich ist. Im allgemeinen resultieren aus der Zugabe von KS-Bruchmaterial mit Fremdtoffen zur KS-Rohmischung zum Teil jedoch erhebliche Einbussen bei den qualitaetskennzeichnenden Eigenschaftswerten der Kalksandsteine und bei produktions- und umweltrelevanten Kenndaten (zB Einbussen bei der Steindruckfestigkeit). Im Einzelfall werden dagegen ebenfalls geringfuegige Verbesserungen bei der Steindruckfestigkeit festgestellt (zB Zugabe von KS-Bruchmaterial mit Normalbeton bzw Porenbeton). Die Messwerte der Waermeleitfaehigkeit und die Schwindwerte liegen im allgemeinen in der Groessenordnung handelsueblicher Kalksandsteine. Die Mindesthaftscherfestigkeit nach DIN 1053 wird in nahezu jedem Fall eingehalten....

CO2-arme Herstellung des Klinkerminerals Dicalciumsilikat aus Recycling-Baustoffen (R-Zement)

Etwa 35 % der industriellen CO2 Emissionen Baden-Württembergs entfallen auf die Zementherstellung. Zwei Drittel dieser Emissionen stammen aus der Entsäuerung des natürlichen Rohstoffs Kalk. Im Sinne des Klimaschutzes wäre es daher sinnvoll, den Rohstoff Kalk durch bereits weitgehend CO2-freie, zementhaltige Reststoffe aus dem Baustoffrecycling zu ersetzen. Ziel des Projektes ist es, ein neu entwickeltes Verfahren, das dieses ermöglicht, im Pilotmaßstab zu optimieren. Das Verfahren erzeugt das Klinkermineral Dicalciumsilikat. Dicalciumsilikatklinker könnte als Hauptbestandteil von europäischen Normalzementen eingesetzt werden. Weiterhin ist Dicalciumsilikat je nach erzeugter Qualität als Rohstoff für die Herstellung von Porenbeton oder Kalksandstein bzw. als Rohstoff für die Herstellung kalkarmer Recyclingzemente geeignet. Relativ zu Portlandzement ist für kalkarmen Recyclingzement eine abgeschätzte Senkung der CO2 Emission von bis zu 75 % möglich. Freigesetztes CO2 fällt in konzentrierter Form an und kann z.B. zur Methanisierung oder zur Karbonatisierungshärtung von Betonzuschlag genutzt werden. Im Rahmen der Projektlaufzeit soll die Technologie in einer Pilotanlage aufgebaut und mit realen Recyclingprodukten betrieben, optimiert und demonstriert werden. Die Pilotanlage besteht aus Einrichtungen zum Mischen und Aufmahlen der Rohstoffe sowie zur Aufbereitung des Produkts. Zentrale Komponente ist ein in einer CO2-Atmosphäre betriebener Drehrohrofen zum Brennen des Dicalciumsilikats. Weiterhin wird die Qualität des hergestellten Dicalciumsilikats demonstriert. Grundlegende Fragen zur Energieeffizienz, Standfestigkeit und Wirtschaftlichkeit werden ebenfalls betrachtet. Das produzierte Dicalciumsilikat ist je nach erzeugter Qualität potentiell direkt als Zement einsetzbar oder kann als Rohstoff für die Herstellung von Porenbeton oder Kalksandstein eingesetzt werden. Im Projekt wird somit die gesamte stoffliche Prozesskette vom bisher nicht verwertbaren realen Altbaustoff bis zum Recyclingzement im Pilotmaßstab abgebildet. Die Technologie soll insbesondere skalierbar und in Bezug auf die Einsatzstoffe flexibel sein, um den Betrieb kleinerer dezentraler Anlagen zu ermöglichen. Die realen Ressourceneffizienz-Effekte (insbesondere die Reduktion des Kalkbedarfs und die Reduktion der zu deponierenden Baureststoffe) sowie die reale erreichbare CO2-Reduktion werden im Pilotmaßstab ermittelt.

ReMin: Laserbasierte Baustoffsortierung zur Aufbereitung von Bau- und Abbruchabfällen für die Kreislaufwirtschaft

Recycling von Bauprodukten steigern

<p>Auf das Konto des Bausektors gehen in der EU die Hälfte der gesamten Rohstoffgewinnung und über 35 Prozent des gesamten Abfallaufkommens. Alleine in Deutschland fallen bei Errichtung, Umbau, Renovierung oder Abbruch von Bauwerken jährlich rund 200 Millionen Tonnen mineralischer Bauabfälle an. Ein UBA-Forschungsbericht zeigt auf, wie das Potenzial für ein Recycling besser genutzt werden könnte.</p><p>Bauwerke enthalten wertvolle Roh- und Werkstoffe, verursachen aber auch Kosten in der Entsorgung. Eine funktionierende Kreislaufwirtschaft im Baubereich setzt aufeinander abgestimmte Maßnahmen und Lösungsansätze während des gesamten Lebenszyklus von Bauprodukten sowie den daraus entstehenden Bauwerken voraus.&nbsp;Die Umweltministerkonferenz, bestehend aus den Umweltministerinnen, - ministern, -senatorinnen und -senatoren des Bundes und aller deutschen Bundesländer, hatte daher den Bund gebeten, Möglichkeiten zur Schaffung von Anreizen zur Stärkung des Recyclings und für die Entwicklung und Verwendung recycelbarer Materialien zu untersuchen. Außerdem sollte eine mögliche verursachergerechte Zuordnung von Entsorgungskosten im Bereich der Bauprodukte betrachtet werden.</p><p>In dem Forschungsvorhaben wurden daher die aktuellen Rahmenbedingungen für das Recycling von Bauprodukten in Deutschland, insbesondere der rechtliche Rahmen, die grundlegenden Beteiligten, ihre Beiträge und die derzeitige produktspezifische Entsorgungssituation dargestellt. Es wurden anhand von drei ausgewählten Beispielen (PVC-Fensterprofile, Flachglas aus Fenstern, Porenbeton) produktspezifische Modelle entwickelt und diskutiert, die Ansätze, Ideen und Impulse zur Stärkung des Recyclings enthalten. Wesentliche Merkmale des Bausektors wurden dargestellt, die eine verursachergerechte Zuordnung von Entsorgungskosten erschweren. Die Lösungsvorschläge zeigen auf, dass geeignete Maßnahmen im Baubereich vorwiegend produkt- oder anwendungsfallspezifisch gefunden werden müssen. Aber auch allgemeingültige Aussagen konnten abgeleitet und diskutiert werden. Im Abschlussbericht werden verschiedene Ansätze aufgegriffen, dazu gehören unter anderem:</p><p>Der vorliegende <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/pruefung-moeglicher-ansaetze-zur-staerkung-des">Abschlussbericht </a>dieses Forschungsvorhabens zeigt Ansätze zur Stärkung des Recyclings, zur Schaffung von Anreizen zur Verwendung recycelbarer und rezyklierter Materialien und zur verursachergerechten Zuordnung von Entsorgungskosten im Bereich der Bauprodukte auf.</p>

Kartierung des Anthropogenen Lagers III (KartAL III) - Etablierung eines Stoffstrommanagements unter Integration von Verwertungsketten zur qualitativen und quantitativen Steigerung des Recyclings von Metallen und mineralischen Baustoffen

Ein hochwertiges Recycling mit dem Ziel einer bestmöglichen Vermeidung des Downcyclings durch Qualitätsminderungen und Stoffdissipationen erfordert ein Denken im Systemzusammenhang. Die gesamte Verwertungskette vom Abfall- oder Reststoffaufkommen bis hin zum Wiedereinsatz eines gütegesicherten Sekundärmaterials muss betrachtet werden. Beteiligte Akteure entlang der Kette sind selten vertikal integriert und haben sehr unterschiedliche Interessenslagen und Anreizsysteme anhand derer sie ihre Entscheidungen treffen. Vielfach stehen einem optimierten Recycling weniger prinzipielle technischen Probleme entgegen, sondern organisatorische und informatorische Defizite. Im Vorhaben sollen für die folgenden drei stofflichen Systeme: Mineralische Bau- und Abbruchabfälle (Flachglas, Mineralische Dämmstoffe, Baustoffe auf Gipsbasis, Beton, Kalksandstein, Porenbeton, Ziegel, Fliesen und Keramik), Nichteisenmetalle (Zink, Kupfer, Blei, Aluminium, Magnesium) sowie Sondermetalle (Weitere Nichteisenmetalle inkl. Stahllegierungselemente) Dialogprozesse initiiert werden. Ziel ist es, für die jeweiligen Materialien die aus Produzentensicht gestellten Anforderungen an Sekundärmaterialien mit allen in der Verwertungskette beteiligten Akteuren gemeinsam zu diskutieren. Dabei wird es auch darum gehen, die sensitiven Wertschöpfungsstufen zu identifizieren. Bestehende technische, logistische, organisatorische und rechtliche Hemmnisse sollen erörtert und dabei insbesondere auf Modellprojekte und deren teils nicht realisierte Übertragbarkeit eingegangen werden. Als einheitliche Diskussionsgrundlage dient der Status Quo der Verwertung sowie Prognosen der Mengenströme, die im KartAL-II-Stoffflussmodell abgebildet werden sollen. Daraus können auch Fallkonstellationen abgeleitet werden, die insbesondere in den Dialogforen diskutiert werden sollten. Aus dem Vorhaben sollen Maßnahmen für eine natioanle Urban-Mining Strategie abgeleitet werden.

Untersuchung der hochwertigen Wiederverwendung von mineralischem Abbruchmaterial im erstmaligen Einsatz von Baustoffen aus Porenbetonrezyklaten in einem Bauprojekt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: In mehreren F&E Projekten wurden an der MPA Bremen Verwertungsstrategien entwickelt für Porenbetonschutt, ein Abbruchmaterial, das aufgrund seiner physikalischen, chemischen und ökologischen Eigenschaften bislang vom restlichen Bauschutt aussortiert und deponiert werden muss. Im Labormaßstab wurden leichte Recyclingwerkstoffe hergestellt für den Mauerwerksbau (Wandbausteine und Mörtel), die die bauphysikalischen Vorteile des Porenbetons weitgehend beibehalten. Im 1. Teilprojekt (DBU 31711-01) wurden im Bauvorhaben 'Neubau Recycling-Station Borgfeld' in Bremen erstmalig nicht tragende Innenwände aus Porenbeton-Recyclingprodukten errichtet, die auf industriellen Anlagen hergestellt wurden. Das 2. Teilprojekt (DBU 31711-02) beinhaltete das Monitoring der Wände aus PB-Recyclingmaterial gekoppelt mit Öffentlichkeitsarbeiten, um über diese umweltbewussten Technologien zu informieren.

Polymermodifizierter Porenbeton für hoch energieeffiziente Gebäude, Teilvorhaben: Laborexperimentelle Untersuchungen zur Formulierung und zu den Eigenschaften polymermodifizierten Porenbetons

Ziel des Verbundvorhabens von HS Wismar und H+H Deutschland ist, den weitgehend ausentwickelten mineralischen Baustoff Porenbeton mittels anwendungsnaher Forschung durch Modifizierung mit speziellen Polymeren zu einem innovativen organisch-anorganischen Verbundbaustoff weiter zu entwickeln, so dass die bekannt bewährte monolithische Bauweise den steigenden Ansprüchen an die Energieeffizienz auch künftig genügt. Unter Beibehaltung der eingeführten Produktionstechnologie erlaubt dies, die Trageigenschaften derart zu verbessern, dass die Wärmeleitfähigkeit signifikant unter das heutige Niveau gesenkt werden kann. Ein damit verbundener zusätzlicher Nachhaltigkeitseffekt ergibt sich infolge erhöhter Stoßfestigkeit: a) durch Verminderung des Ausschusses in der Produktion und auf der Baustelle sowie durch den Verzicht auf die Transportbewehrung bei geschosshohen Wandelementen, b) durch die erhöhte Dauerhaftigkeit des neuen duktileren Baustoffs. Das Vorhaben soll in Form eines auf 3 Jahre angelegten Experimentalprogramms durchgeführt werden. Dabei werden mikrostruktur- und phasenanalytische Befunde mit mechanisch-technologischen und bauphysikalischen Kennwerten korreliert und mit denen nichtmodifzierter Referenzproben verglichen. Die Ergebnisse sollen auch Eingang in die materialwissenschaftlich-theoretische Modellierung des Werkstoffverhaltens finden. Es sind die nachstehend schlagwortartig benannten 8 Arbeitspakete mit Angabe der Partnerbeteiligung vorgesehen: Charakterisierung der Rohstoffe zur Porenbetonherstellung (H+H), grundlegende Voruntersuchungen zur Dispersionswahl (HSW), Ermittlung von Kennwerten freier Polymerfilme (HSW), Materialprüfungen an einem Leichtmörtel-Modellsystem (HSW), Entwicklung von Rezepturen für polymermodifzierten Porenbeton (HSW u. H+H), Untersuchungen zur Phasenbildung während des Autoklavprozesses (HSW u. H+H), Mechanische und bauphysikalische Eigenschaften (HSW u. H+H), Gesamtauswertung und Erstellung des Abschlussberichts (HSW, H+H).

Polymermodifizierter Porenbeton für hoch energieeffiziente Gebäude, Teilvorhaben: Rezeptierung und Erprobung polymermodifizierter Porenbetone für energieeffiziente Gebäude im industriellen Maßstab

Ziel des Verbundvorhabens von HS Wismar und H+H Deutschland ist, den weitgehend ausentwickelten mineralischen Baustoff Porenbeton mittels anwendungsnaher Forschung durch Modifizierung mit speziellen Polymeren zu einem innovativen organisch-anorganischen Verbundbaustoff weiter zu entwickeln, so dass die bekannt bewährte monolithische Bauweise den steigenden Ansprüchen an die Energieeffizienz auch künftig genügt. Unter Beibehaltung der eingeführten Produktionstechnologie erlaubt dies, die Trageigenschaften derart zu verbessern, dass die Wärmeleitfähigkeit signifikant unter das heutige Niveau gesenkt werden kann. Ein damit verbundener zusätzlicher Nachhaltigkeitseffekt ergibt sich infolge erhöhter Stoßfestigkeit: a) durch Verminderung des Ausschusses in der Produktion und auf der Baustelle sowie durch den Verzicht auf die Transportbewehrung bei geschosshohen Wandelementen, b) durch die erhöhte Dauerhaftigkeit des neuen duktileren Baustoffs. Das Vorhaben soll in Form eines auf 3 Jahre angelegten Experimentalprogramms durchgeführt werden. Dabei werden mikrostruktur- und phasenanalytische Befunde mit mechanisch-technologischen und bauphysikalischen Kennwerten korreliert und mit denen nichtmodifzierter Referenzproben verglichen. Die Ergebnisse sollen auch Eingang in die materialwissenschaftlich-theoretische Modellierung des Werkstoffverhaltens finden. Es sind die nachstehend schlagwortartig benannten 8 Arbeitspakete mit Angabe der Partnerbeteiligung vorgesehen: Charakterisierung der Rohstoffe zur Porenbetonherstellung (H+H), grundlegende Voruntersuchungen zur Dispersionswahl (HSW), Ermittlung von Kennwerten freier Polymerfilme (HSW), Materialprüfungen an einem Leichtmörtel-Modellsystem (HSW), Entwicklung von Rezepturen für polymermodifzierten Porenbeton (HSW und H+H), Untersuchungen zur Phasenbildung während des Autoklavprozesses (HSW und H+H), Mechanische und bauphysikalische Eigenschaften (HSW und H+H), Gesamtauswertung und Erstellung des Abschlussberichts (HSW, H+H).

Teilvorhaben: Verfahren zur Herstellung eines nanoporösen Porenbetons sowie verfahrensgemäß hergestellter nanoporöser Porenbeton^Nanoporöser druckfester Porenbetonstein hergestellt unter Einsatz von Calciumhydrosilikat-Binder (NAPOS), Teilvorhaben: Nanoporöse hydrothermal beständige C-S-H-Systeme

Nanostrukturierter hochwärmedämmender Porenbetonstein: Eine effiziente Wärmedämmung für Wohngebäude ist einer der Schlüssel zur Umsetzung der Energiewende. Als Dämmtechnologie für Außenwände werden heute meist Verbünde aus Dämmstoff und tragendem Bauteil genutzt, die schwer rezyklierbar sind und überwiegend aus begrenzt verfügbaren Rohstoffen bestehen. Ziel des Verbundes ist es, einen homogenen, rezyklierbaren Vollbaustein zu entwickeln, der ressourceneffizient aus den Hauptkomponenten Kalk, Sand und Wasser hergestellt wird und der bereits ohne Wärmedämmverbundsystem exzellente Dämmeigenschaften besitzt. Zu diesem Zweck soll die Wärmeleitfähigkeit von Porenbetonstein drastisch reduziert werden. Die im üblichen Produktionsverfahren durch Gasentwicklung gebildeten Treibporen mit einem Durchmesser von ca. 1 mm sollen in dem neuen Material zum Teil oder ganz durch einen hochporösen Leichtzuschlag ersetzt werden, dessen mittlerer Porendurchmesser bei ca. 50 nm liegt. Der Leichtzuschlag soll die gleiche Zusammensetzung wie die Matrix des Porenbetonsteins besitzen. Er wird aus speziell entwickelten hydraulischen Calciumhydrosilikaten hergestellt. Der Porenbetonstein wird wie bisher im Autoklaven gehärtet. Hydraulische Calciumhydrosilikate sind eine Entwicklung des Karlsruher Instituts für Technologie. Der für ihre Herstellung nötige Energieeinsatz und die damit verbundene Emission von CO2 könnten im Vergleich zu Portlandzement potentiell halbiert werden, wenn es gelingt das Verfahren auf Großanlagen zu übertragen. In diesem Fall könnten hydraulische Calciumhydrosilikate langfristig konventionelle Zemente ersetzen. Hydraulische Calciumhydrosilikate werden durch die Celitement GmbH unter dem Namen Celitement zur Marktreife entwickelt. Der Verbund aus der Forschungseinrichtung KIT, der Entwicklungsgesellschaft Celitement GmbH und dem Marktführer im Bereich Porenbeton Xella wird die deutsche Wettbewerbsposition in diesem Zukunftsmarkt weiter ausbauen.

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