Chemischer Abbau von Thermoplasten und Duromeren durch Hydrolyse u.a. Verfahren. Aufarbeitung der Abbauprodkute. Recycling durch Einsatz als Rohstoffe bei der Herstellung der Kunststoffe.
Die IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH mit Sitz in Hildesheim (Niedersachsen) hat über mehrere Jahre zusammen mit der Umweltdienste Kedenburg GmbH, beide Entsorgungs-/Recyclingunternehmen im Unternehmensverbund der Bettels-Gruppe, Hildesheim, und der Eisenmann Environmental Technologies GmbH, Holzgerlingen, deren NaRePAK-Verfahren zur großmaßstäblichen Umsetzung weiterentwickelt. Stoffkreisläufe zu schließen und somit die effiziente und nachhaltige Nutzung begrenzter Ressourcen zu verbessern ist die erklärte Philosophie der IVH, hier fügt sich das RiA-Verfahren nahtlos ein. In Deutschland fallen jährlich erhebliche Mengen teerhaltigen Straßenaufbruchs an. Dieser Abfallstrom besteht weit überwiegend aus mineralischen Komponenten (z.B. Gesteinskörnungen und Feinsand) und enthält neben Bitumen krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Letztere sind verantwortlich, dass dieser Massenstrom als gefährlicher Abfall eingestuft wird. PAK sind persistent und verbleiben ohne thermische Behandlung langfristig in der Umwelt. Die Abfallmengen sind dabei beträchtlich. Die Bundesregierung geht von einer Menge von etwa 600.000 Tonnen pro Jahr allein von Bundesautobahnen und -straßen aus, dazu kommt der Aufbruch von Landes- und Kreisstraßen, die mengenmäßig die Bundesautobahnen und -straßen weit übertreffen. Bisher wird teerhaltiger Straßenaufbruch überwiegend deponiert, wodurch die im Straßenaufbruch enthaltenen mineralischen Ressourcen dem Wertstoffkreislauf verloren gehen. Der in begrenztem Umfang alternativ mögliche Verwertungsweg: Kalteinbau in Tragschichten im Straßenbau, erfolgt ohne Entfernung der PAK und wird daher nur noch in geringem Umfang angewendet. Eine weitere Möglichkeit ist die thermische Behandlung in den Niederlanden. Dies ist nicht nur verbunden mit langen Transportwegen, auch arbeiten die niederländischen Anlagen in einem deutlich höheren Temperaturintervall – im Bereich der Kalzinierung (Kalkzersetzung) – was dazu führen kann, dass die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs nicht mehr die notwendige Festigkeit aufweisen, um für einen Einsatz als hochwertiger Baustoff für die ursprüngliche Nutzung des Primärrohstoffes in Frage zu kommen. Darüber hinaus wird beim Kalzinierungsprozess von Kalkgestein im Gestein gebundenes CO 2 freigesetzt. Mit dem Vorhaben RiA plant die IVH an ihrem Standort in Goslar / Bad Harzburg die Errichtung einer in Deutschland erstmaligen großtechnischen Anlage zur thermischen Behandlung von teerhaltigem Straßenaufbruch. Dabei soll eine möglichst vollständige Rückgewinnung der enthaltenen hochwertigen Mineralstoffe (Gesteinskörnungen)erfolgen. Gleichzeitig werden die enthaltenen organischen Bestandteile, die in Form von Teerstoffen und Bitumen vorliegen, als Energieträger genutzt. In der innovativen Anlage sollen pro Jahr bis zu 135.000 Tonnen teerhaltiger Straßenaufbruch mittels Drehrohr thermisch aufbereitet werden. Dabei werden im Teer enthaltene besonders schädliche Stoffe wie PAK bei Temperaturen zwischen 550 Grad und 630 Grad Celsius entfernt und in Kombination mit der separaten Nachverbrennung vollständig zerstört, ohne dass das Mineralstoffgemisch zu hohen thermischen Belastungen mit der Gefahr einer ungewollten Kalzinierung ausgesetzt ist. Zurück bleibt ein sauberes, naturfarbenes Gesteinsmaterial (ohne schwarze Restanhaftungen von Kohlenstoff), das für eine höherwertige Wiederverwendung in der Bauwirtschaft geeignet ist. Die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs können so nahezu vollständig hochwertig verwendet und analog Primärrohstoffen erneut bei der Asphaltherstellung oder Betonherstellung eingesetzt werden. Die organischen Anteile im Abgas werden mittels Nachverbrennung bei 850 Grad Celsius thermisch umgesetzt und vollständig zerstört. Die dabei entstehende Abwärme wird genutzt, um Thermalöl zu erhitzen, um damit Ammoniumsulfatlösungen einer benachbarten Bleibatterieaufbereitung der IVH einzudampfen, aufzukonzentrieren und so ein vermarktungsfähiges Düngemittel herzustellen. Das Thermalöl wird dazu mit 300 Grad Celsius zu der Batterierecyclinganlage geleitet. Die Wärme ersetzt dabei andere Brennstoffe wie z. B. Erdgas. Die verbleibende Abwärme aus der Nachverbrennung wird mittels drei ORC-Anlagen zur Niedertemperaturverstromung genutzt. Es werden ca. 300 Kilowatt elektrische Energie pro Stunde erzeugt. Die beim RiA-Verfahren entstehenden Abgase werden in einer mehrstufigen Rauchgasreinigung behandelt. Die Abgase der Drehrohr-Anlage werden dazu aufwendig mittels Zyklone und nachgeschaltetem Gewebefilter entstaubt. Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff werden mittels trockener Rauchgasreinigung nach Additivzugabe abgeschieden. Die Umwandlung von Stickstoffoxiden erfolgt mittels selektiver katalytischer Reduktion mit Harnstoff als Reduktionsmittel. Die bereits genannte Nachverbrennung zerstört verbliebene organische Reste. Die wesentliche Umweltentlastung des Vorhabens besteht in der stofflichen Rückgewinnung des ursprünglichen hochwertigen Gesteins im teerhaltigen Straßenaufbruch, also durch Herstellung eines wiederverwendbaren PAK-freien Mineralstoffgemisches von gleicher Qualität wie die ursprünglichen Primärrohstoffe. Das heißt die besonders umweltschädlichen PAKs werden nachhaltig aus dem Stoffkreislauf entfernt. Mit der Anlage können von eingesetzten 135.000 Tonnen Straßenaufbruch rund 126.900 Tonnen als Mineralstoffgemisch in Form von Gesteinskörnungen und Füller zurückgewonnen und für die Wiederverwendung bereit gestellt werden. Die Gesamtmenge von 126.900 Tonnen pro Jahr reduziert den jährlichen Bedarf von Gesteinsabbauflächen bei einer Abbautiefe von 30 Meter um rund 1.460 Quadratmeter. Bezogen auf den angenommenen Lebenszyklus von 30 Jahren wird eine Fläche von ca. 4,4 Hektar Abbaugebiet allein durch diese Anlage nicht in Anspruch genommen. Zusätzlich wird in gleichem Maße wertvoller Deponieraum bei knappen Deponiekapazitäten eingespart. Bei erfolgreicher Demonstration der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit im industriellen Maßstab, lässt sich diese Technik dezentral auf verschiedene Standorte in Deutschland übertragen. Damit wird dem in der Kreislaufwirtschaft propagierten Näheprinzip entsprochen, das heißt die Transportwege und die damit verbundenen Umweltauswirkungen werden weiter reduziert. Auch der nach Region unterschiedlichen Gesteinsarten wird dabei Rechnung getragen.
Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen
Umweltbereich: Ressourcen
Fördernehmer: IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH
Bundesland: Niedersachsen
Laufzeit: seit 2024
Status: Laufend
Zielsetzung:
Technologiemetalle kommen aufgrund ihrer exponierten Materialeigenschaften in vielen Zukunftstechnologien zum Einsatz. Ein Problem stellen die aktuellen Gewinnungsarten der Metalle dar. Zum einen finden sich die größten Lagerstätten in den ärmsten Ländern der Welt, was zu enormen Preis- und Lieferproblemen führt. Die Preise für die Metalle haben sich teilweise verdoppelt. Zum anderen werden zur Gewinnung Wälder gerodet, Flüsse vergiftet, Menschen ausgebeutet und ganze Ökosysteme zerstört. In Kombination mit dem enormen Energieverbrauch sind die Abbaupraktiken eine der größten Umweltbedrohungen unserer Zeit geworden.
Eine bisher noch ungenutzte Quelle für die (Rück-)Gewinnung von Technologiemetallen stellt Klärschlamm bzw. Klärschlammasche dar. Bisher werden diese Aschen fast ausschließlich auf Deponien entsorgt. Ab 2029 wird es aber aufgrund der Klärschlammverordnung eine große Änderung im Bereich des Klärschlammes geben, durch die die Rückgewinnung von Phosphor gesetzlich verpflichtend wird. Bei den zur Rückgewinnung häufig verwendeten, nasschemischen Verfahren werden die Klärschlammaschen in saure Lösung gebracht, um den Phosphor quantitativ zu lösen. Dabei gehen auch verschiedene Metalle in unterschiedlichem Maße in Lösung und liegen so bereits als Ionen vor. Durch den nasschemischen Aufschluss wird die Möglichkeit der Rückgewinnung von weiteren Rohstoffen, insb. von den Technologiemetallen, ressourcentechnisch und wirtschaftlich deutlich verbessert.
Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines technischen Moduls, mit welchem es möglich ist, im Zuge der P Rückgewinnung auch bestimmte Metalle aus der Klärschlammasche zu recyceln. Das entwickelte Modul soll direkt an den Verfahrensschritt der nasschemischen P-Rückgewinnung gekoppelt werden, ohne diesen zu beeinträchtigen. Durch den modularen Charakter soll das Recyclingverfahren einfach an die vorherrschenden Zusammensetzungen des Klärschlamms/ der Asche (z.B. bei besonders hohem Anteil an Nd) sowie die entstehende Menge angepasst werden. Um eine möglichst übertragbare Integration des Moduls in bestehende Anlagen zu ermöglichen, sollen zudem noch Bemessungsgrundlagen erarbeitet werden. Somit ist der Separationsprozess immer wirtschaftlich optimal ausgelegt und an beliebigen Anlagen(-größen) einsetzbar. Das Modul wird einen erheblichen Beitrag zur Umweltentlastung in den Bereichen des Landschutzes, der CO2-Emissionen und der Ressourcenschonung leisten.
Ziel der Arbeit ist es, bestehende Pyrolyseanlagen im Hinblick auf technische Aspekte, Kosten, Wert der Rohstoffrueckgewinnung (monetaer und nicht monetaer) und Umweltbelastung zu untersuchen. Die Anlagen werden auf 100-150 Tagestonnen-Anlagen umgerechnet und danach einer Kosten-Nutzen-Analyse unterzogen. Abhaengig von lokalen Gegebenheiten wird die Gewichtung der Kriterien im Analysemodell vorgenommen. Das Ergebnis ist die Benennung einer oder mehrerer Verfahren, die die gestellten Anforderungen erfuellen. Die ausgewaehlten Verfahren werden dann noch einmal kritisch untersucht, um Auskunft ueber verfahrenstechnische Probleme zu erhalten.
Damit hoeherwertige oder beschraenkt verfuegbare Baustoffe eingespart und gleichzeitig Abfallstoffe wiederverwendet werden koennen, sollen geeignete Mischungen gefunden werden, in denen die Abfallstoffe entweder Mineralstoffersatz oder Bindemittelzusatz darstellen. Die Mischungsverhaeltnisse sind so zu waehlen, dass nicht nur die technischen Vorschriften erfuellt werden (mechanische Festigkeit, Frostsicherheit), sondern auch fuer moegliche Abnehmer der finanzielle Vorteil bei Einsatz der Abfallstoffe gegenueber Industrieprodukten deutlich wird. Nach Untersuchung der Ausgangsstoffe soll erreicht werden: 1. Bodenverbesserung: a) Loess und Braunkohlenflugasche, B) Loess und Huettensand; 2. Verfestigung von Abfallstoffen: a) Waschberge und Zement, b) Muellasche und Zement, c) Vorsiebmaterial und Zement; 3. Verfestigung von Abfallstoffen: a) Sand und Flugasche, b) Sand und Huettensand und Kalk, c) Vorsiebmaterial und Huettensand und Kalk.