In der deutschen Metallindustrie besteht ein signifikantes Potenzial zur Verbesserung der Ressourceneffizienz durch den Einsatz neuartiger sensorgestützter Analyse- und Sortiertechnologien. Dadurch können große Mengen an Primärrohstoffen substituiert und dissipative Verluste von Legierungselementen vermieden werden. Hauptziel des Projektes war die Ermittlung von Potentialen zur Verminderung von Downcycling durch ein legierungsspezifisches Recycling von Stahl-, Aluminium-, Kupfer- und Zinklegierungen. So kann eine nachhaltige Circular Economy erreicht und zudem die Versorgungssicherheit mit Metallrohstoffen unterstützt werden. Veröffentlicht in Texte | 81/2022.
Kalksandstein-Herstellung: Verarbeitung der Rohstoffe zu gebrauchsfertigen Kalksandsteinen. Dazu werden die in Silos vorgehaltenen Rohstoffe (vorwiegend Kalk und Sand) in einem Verhältnis Kalk:Sand 1:12 intensiv miteinander gemischt und in die Reaktionsbehälter geleitet. Im Reaktionsbehälter löscht der Branntkalk nach Wasserzugabe zu Kalkhydrat ab. Wenn nötig wird das Mischgut im Nachmischer auf Preßfeuchte gebracht. In den Pressen werden die Steinrohlinge geformt. Im Anschluß werden die Rohlinge unter Sattdamdfdruck ca. 4 bis 8 Stunden bei Temperaturen zwischen 160 und 220°C im Autoklaven gehärtet. Dabei wird die Kieselsäure auf der Oberfläche der Steine angelöst und bildet dann mit dem Kalkhydrat eine kristalline Bindemittelphase, die auf die Sandkörner aufwächst und sie fest miteinander verzahnt. Nach einer Abkühlung sind die Kalksandsteine gebrauchsfertig (vgl. #2). Die in dieser Bilanzierung verwendeten Daten spiegeln die Situation in der Bundesrepublik in den Jahren 1993 und 1994 wider. Der Datensatz ist nahezu vollständig und umfaßt alle in dieser Studie betrachteten Parameter. Er entstammt einer mit dem Umweltbundesamt (UBA) und dem Normenausschuß für Grundlagen im Umweltschutz (NAGUS) abgestimmten Ökobilanz des Bundesverbandes der Kalksandsteinindustrie e.V.. 1993 wurden in 151 Produktionsstätten 4,8 Mrd. Vol-NF Kalksandsteine und im Jahr 1994 in 158 Produktionsstätten 5,95 Mrd. NF Kalksandsteine hergestellt (Eden 1996). Dies entspricht 1993 einer Produktionsmasse von 14,41 Mio. t und 1994 von 17,87 Mio. t Kalksandstein . Dabei liegen der endgültigen Bilanzierung die Produktionsdaten von 74 von derzeit 162 existierenden Kalksandstein-Werken zugrunde. Aus den Daten der 74 Werke wurden, gewichtet nach der jeweiligen Produktionsmenge, in #1 Mittelwerte berechnet. Die Daten können als zuverlässig und statistisch abgesichert angesehen werden. Allerdings muß darauf hingewiesen werden, daß in Einzelfällen große Abweichungen von den verwendeten Mittelwerten auftreten können (s.u.). Genese der Kennziffern Massenbilanz: Hauptbestandteile des Kalksandsteins sind erdfeuchter Sand und Branntalk. Hinzu kommen eine Reihe von Zuschlagsstoffen wie Steinmehl (in GEMIS wurde hierfür Kalksteinmehl angesetzt). Der quantifizierte Roh- und Hilfsstoffbedarf zur Herstellung einer Tonne Kalksandsteins ist der folgenden Tabelle zu entnehmen. Tab.: Roh- und Hilfsstoffbedarf zur Herstellung einer Tonne Kalksandstein (#1) Rohstoffe Masse in kg/t Kalksandstein Quarzsand (erdfeucht) 948 Branntkalk 86 Zuschlagsstoffe (Steinmehl) 33 Summe 1067 Die in dieser Studie verwendeten Daten stimmen in der Größenordnung gut mit denen in #3 überein. Da deren Quelle jedoch nicht vollständig nachvollziehbar ist, werden sie hier nicht weiter verwendet. Energiebedarf: Der Gesamtenergiebedarf der Herstellung des Kalksandsteins resultiert aus dem Strombedarf für die Förderbänder, die Mischaggregate, das Pressen und die Stapelanlage und dem thermischen Energiebedarf zur Dampferzeugung für die Härtung der Rohlinge, der den größten Teil des Energiebedarfs ausmacht. Innerhalb des Kalksandsteinwerkes besteht ein Strombedarf von ca. 35 MJ/t Kalksandstein. Der thermische Energiebedarf zum Härten beträgt ca. 370 MJ/t Produkt. Dieser wird durch Heizöl EL, Erdgas und Heizöl S gedeckt. Die Anteile der einzelnen Energieträger haben sich in den letzten Jahren stark verschoben. Dies wird in der folgenden Tabelle dargestellt. In dieser Studie werden die Anteile für das Jahr 1994 festgeschrieben. Tab.: Prozentualer Anteil des Einsatzes verschiedener Energieträger zur Dampferzeugung bei der Kalksandsteinherstellung 1992-94 (#2). Einsatz in % 1992 1993 1994 Heizöl S 16 11 4 Heizöl EL 54 54 56 Erdgas 30 35 40 Nach dem vorgestellten Aufteilungsschlüssel für 1994 ergibt sich folgender Primärenergiebedarf in den Kalkwerken zur Herstellung einer Tonne Kalksandstein: Tab.: Vergleich des durchschnittlichen Energieeinsatzes bei der Herstellung einer Tonne Kalksandsteins aufgeschlüsselt nach dem Einsatz fossiler Energieträger nach der Statistik und der Erhebung des Kalksandstein-Verbandes (#2). Energieträger Energieeinsatz nach Statistik in MJ/t KS Energieeinsatz nach Erhebung in MJ/t KS Heizöl EL(incl. Diesel) 206,64(16) 186(16) Erdgas 147,6 122 Heizöl S 14,76 61 Strom 35 35 Summe 404 404 Wie aus der Tabelle hervorgeht, spiegelt die Erhebung des Kalksandstein-Verbandes nicht den letzten Stand bei der Verschiebung der Nutzung emissionsärmerer Energieträger wider. Die unterschiedlichen Ergebnisse verdeutlichen aber auch, daß die Entwicklung bei der Verschiebung der Nutzung der Energieträger noch nicht abgeschlossen ist. Aus diesem Grunde werden im Sinne einer Fortschreibung in dieser Studie die Werte basierend auf der Aufteilung von 1994 für weitere Berechnungen verwendet. Bei den einzelnen Kalksandstein-Werken kann es hinsichtlich des Energiebedarfs zu nennenswerten Abweichungen vom Durchschnitt kommen. Die zehn am wenigsten Energie verbrauchenden Werke der Untersuchung kommen mit weniger als 65 % des durchschnittlichen Energiebedarfs aus. Dabei handelt es sich meist um neuere Werke, die über eine größere Härtekesselkapazität verfügen und Dampfsteuerungs- und Wärmetauschanlagen betreiben. Weiterhin nutzen sie die Wärmeenergie des anfallenden Härtekondensats (#1). Demgegenüber verbrauchen die zehn am energieintensivsten arbeitenden Werke gemittelt 134 % des durchschnittlichen Energieverbrauchs. Der Spitzenwert liegt bei 972 MJ/t Kalksandstein (#1). Prozeßbedingte Luftemissionen: Prozeßbedingte Luftemissionen neben den Emissionen der Energieerzeugung zur Dampferzeugung treten in dem bilanzierten Rahmen nicht auf. Heizöl EL, Heizöl S und Gas werden in industriellen Kesseln verbrannt. Diesel wird in Motoren verbrannt. Für den Strombedarf wird der Strom-Mix für ein lokales Niederspannungsnetz verrechnet (#1). Wasserinanspruchnahme: Wasser wird zur Aufbereitung der Rohstoffe sowohl im Mischer als auch - je nach Bedarf - im Nachmischer zugegeben. Durchschnittlich werden 0,225 m³/t Kalksandstein benötigt. Das Wasser wird zu zwei Dritteln aus eigenen Brunnen gefördert, zu 10% aus Oberflächengewässern und zu 25% aus der öffentlichen Trinkwasserversorgung (#1). Abwasserinhaltsstoffe: Von den durchschnittlichen 0,083 m³ Abwasser pro t Kalksandstein werden nach #1 mehr als die Hälfte versickert. Ca. ein Drittel wird indirekt über das kommunale Kanalnetz eingeleitet, während weitere 10 % direkt in Oberflächengewässer eingeleitet werden. Das Wasser ist nach #1 durchschnittlich mit einem CSB von 9,4 g/t Kalksandstein belastet. Für den BSB5 wird die Hälfte des CSB - also 4,7 g/t - angesetzt. Mit einer AOX-Belastung ist nicht zu rechnen. Ebenso wird die zusätzliche Stickstoff- und Phosphorbelastung gleich null gesetzt. Reststoffe: Die folgende Tabelle zeigt die pro Tonne Kalksandstein anfallenden Abfälle: Tab.: Abfälle bezogen auf eine Tonne produzierten Kalksandstein (#1). Abfallart Menge in kg/t KS Ölfilter 0,002 feste Betriebsmittel (verunreinigt) 0,008 Altöle 0,059 Ölabscheiderinhalte 0,0003 Ölbinder 0,037 Gewerblicher Restmüll 0,156 Summe 0,2623 Pro Tonne Kalksandstein fallen also ca. 0,26 kg Reststoffe an. Verschleiß der Preß- und Formwerkzeuge sowie Verpackungsmaterialien wurden nicht mitbilanziert. Produktionsabfälle in Form von Kalksandstein können im vollen Umfang in den Prozeß zurückgeführt werden. Kalksandsteine können nach dem Gebrauch auch einem stofflichen Recycling zugeführt werden. Der recycelte Kalksandstein hat eine etwas gröbere Struktur, so daß man streng genommen von einem Downcycling sprechen müßte. Der Einsatzzweck ist jedoch nur als Sichtmauerstein eingeschränkt (#3). Der Recyclingpfad wird aufgrund mangelnder Daten in dieser Studie nicht berücksichtigt. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Baustoffe gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 105% Produkt: Baustoffe
Im Rahmen des UFOPLAN-Vorhabens "Möglichkeiten und Grenzen der Entsorgung carbonfaserverstärker Kunststoffabfälle in thermischen Prozessen" wurden unterschiedliche thermische Prozesse im Hinblick auf ihre Eignung zur energetischen und rohstofflichen Verwertung verschiedener carbonfaserhaltiger Abfälle untersucht. Der Fokus der Messungen an den großtechnischen Anlagen lag auf der Ermittlung einer potenziellen Faserbelastung der prozessspezifischen Reststoffe bzw. Produkte. Zusätzlich wurden Laboruntersuchungen zum thermischen Faserabbau, sowie zur mechanischen und chemischen Faserrückgewinnung durchgeführt. Eine begleitend durchgeführte Recherche zum Stand des Wissens und der Technik zur Behandlung von carbonfaserhaltigen Abfällen zeigt, dass es Ansätze zum Recycling von Carbonfasern (CF) gibt. Auch für mit Kunststoff benetzte (CFK) Abfälle existiert mit der Pyrolyse ein Prozess zum werkstofflichen Recycling. Die dabei rezyklierten Carbonfasern (rCF) werden bereits in einzelnen Anwendungen eingesetzt. Eine breitere Marktakzeptanz fehlt derzeit noch. Die Laboruntersuchungen zu Methoden der Faserrückgewinnung mittels mechanischer Prozesse zeigten, dass verschiedene Abfallarten unterschiedliches Zerkleinerungsverhalten aufweisen. Kurzfasern können in bestimmten Prozessen durch mechanisch aufbereitete rezyklierte Materialien ersetzt werden. Durch den Zerkleinerungsschritt kommt es jedoch zum Downcycling. Bei den Untersuchungen zur chemischen Faserrückgewinnung mittels Solvolyse konnte im Labormaßstab, insbesondere mit überkritischem Wasser sowie angesäuertem Polyethylenglycol, das grundsätzliche Potenzial nachgewiesen werden. Im Fokus des Projekts standen die großtechnischen Untersuchungen zur energetischen Verwertung carbonfaserhaltiger Abfälle in einer Siedlungs- und einer Sonderabfallverbrennungsanlage sowie einer Zementofenanlage. Für eine rohstoffliche Verwertung als Kohlenstoffsubstitut wurden Untersuchungen in einem Elektroniederschachtofen der Calciumcarbidherstellung durchgeführt. Die großtechnischen Untersuchungen zeigten, dass Siedlungs- und Sonderabfallverbrennungsanlagen für eine energetische Verwertung von Carbonfasern nicht geeignet sind, da ein Großteil der Carbonfasern unter den Prozessbedingungen nicht ausreichend umgesetzt und zu einem erheblichen Anteil mit der Rostasche bzw. Schlacke ausgetragen wurde. Weiterhin wurden insbesondere in der Siedlungsabfallverbrennungsanlage, die mit einer Rostfeuerung ausgestattet ist, Carbonfasern mit dem Abgasstrom aus dem Feuerraum ausgetragen. Fasern wurden in der Kesselasche und den Rückständen der Abgasreinigung festgestellt. Auch in der Sonderabfallverbrennungsanlage wurden Carbonfasern in der Kesselasche gefunden, jedoch in geringerer Menge als bei den Messungen an der Rostfeuerung. Ein Austrag von Fasern über den Kamin erfolgte in keiner der Anlagen. Ein Teil der Fasern lag in Geometrien vor, die der WHO-Definition für lungengängige Fasern entsprechen (WHO-Fasern). Die Untersuchungen in der Zementofenanlage erforderten zunächst orientierende Experimente zur Art der Aufgabe der carbonfaserhaltigen Stoffströme. Im Rahmen der Mitverbrennung wurde die aufbereitete CF-Fraktion mit dem Ersatzbrennstoff (Fluff) über den Ofenbrenner dosiert. Bei den Analysen der Produkte wurden im Klinker in einzelnen Proben Carbonfasern in moderater Anzahl nachgewiesen, deren Menge sich aber nicht signifikant von der Referenzmessung, (ohne CF-Mitverbrennung) unterschied. Da im Rahmen dieses Projekts die Zugabe der carbonfaserhaltigen Abfälle nur in einem sehr begrenzten Zeitintervall erfolgen konnte, lassen die vorlie-genden Ergebnisse keine abschließende Bewertung des Verwertungsweges Zementofenanlage zu. Zur Klärung sind Langzeitversuche unter CFK-Mitverbrennung (zumindest über mehrere Tage, besser Wochen) mit begleitendem Produkt-Monitoring erforderlich. In einem Elektroniederschachtofen zur Calciumcarbidherstellung wurden die großtechnischen Untersuchungen zur rohstofflichen Verwertung von carbonfaserhaltigen Abfällen durchgeführt. Für den Einsatz im Carbidofen war eine spezielle Vorbereitung der carbonfaserhaltigen Abfälle notwendig. Unter Zusatz von Altkunststoff wurden vorzerkleinerte CFK-Abfälle eigens für die Messkampagne pelletiert. Im Carbidofen wurde ein weitgehender Umsatz der carbonfaserhaltigen Einsatzstoffe erzielt. Um als Verwertungsoption in Frage zu kommen, müssten allerdings die vorgelagerten Verfahren zur Aufbereitung des carbonfaserhaltigen Aufgabeguts optimiert werden. Des Weiteren ist zu beachten, dass ein Teil der zugeführten Carbonfasern mit dem Ofengas ausgetragen wird und diese gemeinsam mit den Rohstoffstäuben abgeschieden, granuliert und extern verwertet werden. Der Carbonfasergehalt in dieser Fraktion lag bei den Messungen zwischen 0,2 und 0,6 Ma.-%. Auch in dieser Fraktion konnten in geringer Menge (< 0,2 ppm) Fasern mit WHO-Charakteristik nachgewiesen werden. Aus den Ergebnissen des Projekts kann abgeleitet werden, dass sowohl die gezielte Entsorgung von Carbonfasern als auch deren Eintrag mit anderen Abfällen in Siedlungs- und Sonderabfallverbrennungsanlagen zu vermeiden ist. Auch die Entsorgung in Zementofenanlagen sollte zumindest solange unterbleiben, bis in Langzeitversuchen nachgewiesen wurde, dass ein relevanter Eintrag von Fasern in das Produkt Klinker ausgeschlossen werden kann. Die rohstoffliche Verwertung von carbonfaserhaltigen Materialien im Elektroniederschachtofen der Calciumcarbidherstellung ist prinzipiell möglich, erfordert allerdings eine aufwändige Aufbereitung der Einsatzmaterialen. Vorher sind zudem weitergehende Untersuchungen zur Optimierung der CFK-Zugabe in den Ofen durchzuführen, um den Faseraustrag mit dem Ofengas zu reduzieren. Als unmittelbare Maßnahme sollten geeignete separate Erfassungswege und Sortier- bzw. Aufbereitungstechniken für carbonfaserhaltige Rest- und Abfallströme etabliert werden. Dies ist die Voraussetzung für eine gezielte Bewirtschaftung und in deren Folge eine umweltverträgliche Entsorgung von CFK. Darüber hinaus sind weitere Forschungsarbeiten zur Verwertung in bestehenden oder neu zu entwickelnden Hochtemperaturprozessen erforderlich. Quelle: Forschungsbericht
The term downcycling is often used anecdotally to describe imperfections in recycling. However, it is rarely defined. Here, we identify six meanings of the term downcycling as used in scientific articles and reports. These encompass the material quality of reprocessed materials, target applications, product value, alloying element losses, material systems, and additional primary production. In a proposal for harmonized and more specific terminology, we define downcycling as the phenomenon of quality reduction of materials reprocessed from waste relative to their original quality. We further identify that the reduced quality can express itself thermodynamically, functionally, and economically, covering all perspectives on downcycling. Dilution, contamination, reduced demand for recycled materials, and design-related issues can cause those downcycling effects. We anticipate that this more precise terminology can help quantify downcycling, keep materials in the loop longer, use materials more often and at higher quality, and therefore assist in reducing material-related environmental impacts. © 2022 The Authors
In der deutschen Metallindustrie besteht ein signifikantes Potenzial zur Verbesserung der Ressourceneffizienz durch den Einsatz neuartiger sensorgestützter Analyse- und Sortiertechnologien. Dadurch können große Mengen an Primärrohstoffen substituiert und dissipative Verluste von Legierungselementen vermieden werden. Hauptziel des Projektes war die Ermittlung von Potentialen zur Verminderung von Downcycling durch ein legierungsspezifisches Recycling von Stahl-, Aluminium-, Kupfer- und Zinklegierungen. So kann eine nachhaltige Circular Economy erreicht und zudem die Versorgungssicherheit mit Metallrohstoffen unterstützt werden.
Die ESK-SiC GmbH aus Frechen ist Hersteller von Siliciumcarbid (SiC) mit einer Jahresproduktionskapazität von etwa 30.000 Tonnen. SiC ist besonders hart und hitzeresistent und wird deswegen z.B. in der Schleifmittel- und Feuerfestindustrie verwendet, kann aber auch in keramischen Spezialanwendungen und im Solar- und Elektronikbereich zum Einsatz kommen. Roh-Siliciumcarbid wird konventionell über den Acheson-Prozess hergestellt. Hierfür werden Quarzsand und Petrolkoks in stöchiometrischen Mengen vermischt und mittels eines elektrischen Stroms auf über 2000 Grad Celsius erhitzt. Das macht den Prozess energieintensiv, und es entstehen eine Reihe von Schadstoffen (v.a. Staub, CO und Schwefelverbindungen). Pro Tonne SiC summieren sich die CO 2 -Emissionen insgesamt auf rund 4,2 Tonnen CO 2 . Beim Acheson-Verfahren entsteht SiC in verschiedenen Qualitätsstufen. Nur rund 55 Prozent des Roh-SiC ist von hoher Qualität. Von besonderer Bedeutung für technische Anwendungen ist jedoch qualitativ hochwertiges SiC mit hohem SiC-Gehalt (>98 Gewichtsprozent). Diese Qualität wird durch verschiedene Veredlungsschritte aus Roh-SiC hergestellt. Bei der Veredelung fallen rund 10-15 Prozent Aufbereitungsnebenanfälle an, die eine minderwertige Qualität aufweisen und als Zuschlagsstoff in der Metallurgie verwendet werden. Hierbei handelt es sich um ein klassisches Downcycling. Die ESK-SiC GmbH setzt in diesem Vorhaben das innovative RECOSIC-Verfahren ein, mit dem SiC-Abfälle zu SiC mit hoher Produktqualitäten recycelt werden sollen. Dabei sollen praktisch keine Abfallstoffe anfallen. Die SiC-Abfälle verfügen meist über kleine Korngrößen und enthalten unterschiedliche Verunreinigungen. Für eine hohe Produktqualität, die sich für technologisch anspruchsvolle Anwendungen eignet, müssen die Verunreinigungen entfernt, und zudem muss eine Kornvergrößerung erreicht werden. Vor dem Recycling wird das Ausgangsmaterial chargenweise untersucht, um die wichtigsten chemischen Parameter wie Si- und C- Gehalt und Fremdmetalle zu bestimmen. Anschließend wird das Material gemahlen und homogenisiert. Beim RECOSIC-Verfahren ist es durch Zugabe stöchiometrischer Mengen der Reaktionsedukte (SiO 2 oder Koks) möglich, den gewünschten SiC-Gehalt im Produkt einzustellen. Anschließend erfolgt eine thermische Behandlung unter Schutzatmosphäre. Dabei kommt es zu einem Kristallwachstum und zu einer Vergrößerung der SiC-Partikel. Gleichzeitig segregieren sich Verunreinigungen an den Korngrenzen und Oberflächen und können in der Nachbehandlung mechanisch oder chemisch leicht entfernt werden. Über Druck, Temperatur und Atmosphäre können die gewünschten Zieleigenschaften eingestellt werden. Während mit dem Acheson Verfahren rund 4,2 Tonnen CO 2 pro Tonne SiC entstehen, entstehen mit dem neuen RECOSIC-Verfahren 0,75 Tonnen CO 2 , das entspricht einer Einsparung an CO 2 -Emissionen von 82 Prozent. Diese Bilanz verbessert sich erheblich, wenn man berücksichtigt, dass beim konventionellen Acheson Verfahren nur eine Ausbeute von etwa 55 Prozent an hochwertigen Siliciumcarbid erreicht wird. Für eine Tonne HQ-SiC müssen rund 1,8 Tonnen SiC über das Acheson-Verfahren hergestellt werden, währenddessen im RECOSIC Verfahren nahezu ausschließlich hochwertiges SiC entsteht. Im Acheson-Prozess werden pro Tonne SiC 1,5 Tonnen Quarzsand und 0,9 Tonnen Petrolkoks benötigt. Diese benötigten Rohstoffe entfallen beim RECOSIC-Verfahren fast vollständig. Weiterhin sind die Emissionen von Staub, Schwefelverbindungen und CO deutlich geringer. Das Verfahren hat Modellcharakter für andere Unternehmen der Branche. Grundsätzlich können Nebenanfälle aus der SiC-Veredelung und SiC-Abfälle aus allen Anlagen der Industrie als Ausgangsmaterial verwendet werden. In Deutschland gibt es mehrere SiC verarbeitende Betriebe, deren Abfälle verwertet werden können und die Kapazität für das Recycling aufbauen könnten. Weiterhin ist das Verfahren, mit technischen Anpassungen, auch auf andere Keramikprodukte ausweitbar, was das Verbreitungspotential erheblich vergrößert. Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: ESK-SIC GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: seit 2024 Status: Laufend
Die Schmelzmetall Deutschland GmbH in Steinfeld-Hausen produziert u.a. Halbzeuge wie Rundstangen aus Sonderlegierungen auf Kupferbasis. Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist es, je nach geforderter Sonderlegierung und Durchmesser, entweder gar nicht oder nur unter hohem Energie- und Materialaufwand möglich, geschmiedete Rundstangen in kleinen Durchmessern kleiner als 3,5 Zentimeter herzustellen. Sofern möglich, müssen diese Rundstangen kleinen Durchmessers aus geschmiedeten Rundstangen größeren Durchmessers gedreht werden. Dabei geht dem Produktionsprozess ein Großteil des hochwertigen Materials in Form von Spanschrott verloren. Da die Späne mit Kühlschmiermitteln kontaminiert sind, werden sie im Recyclingwerk mit anderen Kupferschrotten vermischt und unspezifisch eingeschmolzen, was zum Verlust der hochwertigen Sonderlegierungen, wie Kobalt, Nickel oder Beryllium, führt. Das Ziel des Vorhabens war die Installation einer neuartigen Schälmaschine zur bedarfsgerechten Produktion von geschmiedeten Rundstangen aus hochwertigen Sonderlegierungen, auch in kleinen Durchmessern. Durch das neue Verfahren können aus einer geschmiedeten Platte bis zu 50 Vierkantstangen gesägt und anschließend zu Rundstangen geschält werden. Der Materialverlust beim Schälprozess ist im Vergleich zur Ausgangslage deutlich geringer. Zudem kommt beim neuen Verfahren erstmals eine Luft-Trockenkühlung anstelle einer Nasskühlung zum Einsatz, die ein legierungsspezifisches Recycling der nun unkontaminierten Späne ermöglicht. Neben den Materialeinsparungen wird durch den neuen Prozess auch deutlich weniger Energie in Form von Strom für die Schmiedepresse und Erdgas für die Rekuperator-Öfen benötigt. Beim Schmieden werden 66 Prozent weniger elektrischer Strom und 67 Prozent weniger Erdgas verbraucht. Bei Vollauslastung entspricht dies einer maximalen CO 2 -Einsparung von 193 Tonnen pro Jahr. Durch den Wegfall der Transportwege zur externen Bearbeitung an verschiedenen Standorten können zusätzlich bis zu 37 Tonnen CO 2 eingespart werden. Zudem bewahrt die Getrennterfassung unkontaminierter Sonderlegierungsspäne jährlich 458 Kilogramm Beryllium (gesamt) 398 Kilogramm Kobalt (gesamt) 446 Kilogramm Nickel (gesamt) vor dem Downcycling (dissipativer Verlust der Legierungselemente). Zudem werden durch die Trockenkühlung jährlich ca. 3.600 Liter Kühlschmiermittel eingespart. Das Vorhaben besitzt einen guten Modellcharakter. Die Technik ist für alle Betriebe der metallverarbeitenden Industrie interessant - insbesondere für Betriebe, die Sonderlegierungen verarbeiten. Branche: Metallverarbeitung Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Schmelzmetall Deutschland GmbH Bundesland: Bayern Laufzeit: 2015 - 2016 Status: Abgeschlossen
Optimiertes Metallrecycling durch Sensorsortiertechnologien Durch neuartige Sortiertechnologien bei der Schrottaufbereitung könnten beispielsweise beim Aluminiumrecycling bis zu 290.000 Tonnen Primärmaterial und bis zu 90 Prozent CO₂ eingespart werden. Das zeigt eine neue Studie des Umweltbundesamts, die das Potenzial zur Optimierung des Recyclings und somit zur Substitution von Primärrohstoffen untersucht hat. Beim Recycling von Metallen kommt es durch die Vermischung von Schrottsorten unterschiedlicher Legierungen in der Schmelze zu Qualitätsverlusten. Dies äußert sich in der Kontamination von Legierungen mit Störstoffen oder in Verlusten von hochwertigen Legierungselementen durch eine zu starke „Verdünnung“ der Schmelze. Dieses Phänomen wird als "Downcycling" bezeichnet . Hochwertige Legierungen werden derzeit meist durch die Zugabe großer Mengen an ressourcen- und treibhausgasintensiverem Primärmaterial erzeugt. Allerdings besteht ein signifikantes Potenzial zur Optimierung des Recyclings und somit zur Substitution von Primärrohstoffen durch den Einsatz neuartiger Sensorsortiertechnologien bei der Schrottaufbereitung. Das vom Umweltbundesamt beauftragte Projekt „OptiMet – Ressourceneffizienzsteigerung in der Metallindustrie - Substitution von Primärrohstoffen durch optimiertes legierungsspezifisches Recycling“ zeigt: Beim Aluminiumrecycling könnte beispielsweise durch den Einsatz einer Kombination aus XRF mit LIBS im Vergleich zum Status Quo nur für Deutschland je nach Szenario im Jahr 2030, basierend auf den im Projekt gewählten Annahmen und Modellierungen, zwischen ca. 200.000 Tonnen und 290.000 Tonnen an Primärmaterial und somit zwischen 5,0 bis 7,2 Mio. Tonnen CO 2 eingespart werden. Dies entspricht einer Minderung von ca. 90 Prozent. Beim Stahlrecycling ergäben sich Minderungen von ca. 60 Prozent. Auf den Ergebnissen aufbauend wurden politische Handlungsempfehlungen zur besseren Erschließung bisher nicht genutzter, hochwertiger Metallpotenziale vorgeschlagen. Beispielsweise wurde empfohlen, zunächst die Datenbasis der sich im Umlauf befindlichen Schrottsorten bzw. Legierungen zu verbessern. Darüber hinaus wäre eine Standardisierung von Recyclingtechnologien sowie die gezielte Förderung neuartiger Analyse- und Sortiertechniken empfehlenswert. Im Rahmen des Vorhabens wurden zunächst die definitorischen Grundlagen zum Thema Downcycling von Legierungen geschaffen. Anschließend wurden Daten zum Status Quo des Aufkommens und der Verwertungswege von Legierungsgruppen auf deutscher, europäischer und globaler Ebene zum gegenwärtigen Stand und für das Jahr 2030 erhoben. Darauf aufbauend wurden die zu erwartenden dissipativen Verluste und mögliche ökologische und ökonomische Effekte, die durch das Vermeiden solcher Verluste entstehen, bestimmt. Zur Beurteilung der Eignung unterschiedlicher Sortierverfahren für handelsübliche Schrotte wurden die aktuell verfügbaren Methoden XRF, XRT, LIBS, NAA und LIF untersucht und hinsichtlich der Erkennung der Elementverteilung sowie -Konzentration der Störstoffe in verschiedensten Schrottfraktionen miteinander verglichen und entsprechend ihrer Trennschärfe bewertet. Aufbauend auf dem Vergleich der Sortiertechniken wurde eine ideale Prozesskette, die damit verbundenen Ressourcenschonungs- und Primärrohstoffeinsparpotentiale sowie die Treibhausgasemissionen ermittelt.
Die Hydro Aluminium Recycling Deutschland GmbH betreibt in Dormagen (Nordrhein-Westfalen) einen Shredder zur Aufbereitung von Aluminiumschrott. Aluminium-Altschrotte werden derzeit nicht zu qualitativ hochwertigen Knetlegierungen sondern überwiegend zu unspezifischen Gusslegierungen verschmolzen. Damit findet ein systematisches Downcycling statt. Zur Erzeugung hochwertiger Aluminiumknetlegierungen müssen den Schrotten derzeit mindestens 50 Prozent ressourcenintensives Primäraluminium in der Schmelze hinzugegeben werden. Bisher konnten nach dem Schredderprozess zwar verschiedene Metalle (z. B. Aluminium, Kupfer, Stahl) voneinander getrennt werden, es war jedoch nicht möglich, einzelne Aluminiumlegierungen sortenrein zu separieren. Die Hydro Aluminium Recycling Deutschland GmbH hat eine innovative Röntgentransmissions-Sortieranlage für ihre Aluminium-Schredderanlage installiert. Mit Hilfe der neuartigen, vom Unternehmen selbst entwickelten Prozesskette und Software können erstmals sortenreine Aluminiumlegierungen nach Europäischer Norm (EN) aus dem Schreddergut erzeugt werden. Diese können dann ohne Zugabe von Primäraluminium zu hochwertigen Neuprodukten weiterverarbeitet werden. Die neue Sortiertechnik ermöglicht es, bestimmte Aluminiumknetlegierungen voll-ständig aus Sekundärmaterialien herzustellen. Dabei wird nur ca. 1 Prozent der Energie des konventionellen Verfahrens benötigt. Durch die Substitution von ca. 50 Prozent Primäraluminium durch legierungssortenreine Schrotte ergibt sich, bezogen auf eine jährliche Produktionsmenge von 36.000 Tonnen Knetlegierungen, eine indirekte CO 2 -Einsparung von 232.933 Tonnen. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: WMR Recycling GmbH / Hydro Aluminium Recycling Deutschland GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: 2013 - 2014 Status: Abgeschlossen
Die OTTO DÖRNER Kies und Deponien GmbH & Co. KG betreibt an ihrem Standort Hittfeld ein Kieswerk sowie eine Deponie der Klasse I. Der Standort verfügt aktuell bereits über einen Recyclingplatz mit einer jährlichen Produktionsmenge von ca. 90.000 Tonnen Recyclingmaterial aus Bauschutt, Beton und Asphalt. Aktuell findet bei der Verwertung von mineralischen Bauabfällen fast ausschließlich ein Downcycling statt, da die Recyclingprodukte aus Beton und Bauschutt ihren Einsatz meist im Straßenbau finden. Obwohl die wesentlichen Abfallströme aus dem Rückbau von Gebäuden (Hochbau) stammen, gelangen lediglich 1 bis 2 Prozent der zurückgewonnenen Gesteinskörnungen wieder im Hochbau in Form von Recyclingbeton. Um die Quote von Recyclingprodukten insbesondere im Hochbau/Betonbau zu erhöhen, bedarf es zuverlässiger, technischer Lösungen zur Herstellung homogener und hochwertiger Rezyklate. Die wenigen bisher existierenden Anlagen, die die für Beton notwendigen Qualitäten erreichen, bestehen im Wesentlichen lediglich aus Brecher, Magnetabscheider, Wäscher und Klassierer. Sie sind im Aufgabematerial limitiert und verfügen über keine eigentliche Aufbereitung für Sand bzw. die Feinfraktion. Material, das vor diesem Hintergrund nicht aufbereitet werden kann, findet derzeit oft den Weg in Downcycling, Verfüllung und im schlimmsten Fall Deponierung. Die OTTO DÖRNER Kies und Deponien GmbH & Co. KG beabsichtigt die Errichtung einer neuartigen Bauschuttwaschanlage zur Rückgewinnung von Gesteinskörnungen für eine hochwertige Wiederverwendung zum Beispiel in der Betonproduktion. Dazu soll ein bundesweit noch nicht praktiziertes Konzept aus verschiedenen Sortier- und Waschschritten Anwendung finden. Als Besonderheit zielt die Anlage neben der Rückgewinnung des Grobkorns auch auf die Rückgewinnung der Sandbestandteile ab, die ca. 40 bis 50 Prozent der Massenanteile ausmachen. Die vorgeschlagene Anlagenkonfiguration soll also alle Abfallfraktionen von 0 bis 32 Millimeter so aufbereiten, dass der Abfallkreislauf geschlossen werden und die einzelnen Produkte in hoher Qualität in den Hochbau, vorzugsweise in die Betonindustrie, zurückfließen können. Außerdem besonders ist die tiefe Wasseraufbereitung mit chemisch- physikalischer Stufe für eine vollständige Prozesswasserregeneration. Nach einer Vorbehandlung aus Sieb und Brecher wird das gesamte Material unter Zugabe von Wasser und Energie (Wäscher, Attritionszellen) aufgeschlossen. Sand und andere Stoffe werden vom Grobkorn gelöst und getrennt. Das Grobkorn wird in mehreren Stufen nach Dichte und optischen Eigenschaften sortiert und anschließend klassiert und so über den Stand der Technik hinaus aufbereitet. Die Weiterbehandlung der Sandbestandteile geschieht mittels eines Attritionsverfahrens. In den Attritionszellen werden durch Rotationswerkzeuge starke Spannungen an den Materialoberflächen erzeugt, die eine Ablösung von Anhaftungen bewirkt. Im Anschluss durchläuft der nun mittels Wasser geführte Massenstrom mehrere Separationsstufen, in denen der Sand nach Dichte und Korngröße getrennt und anschließend entwässert wird. Für diese Aufgaben kommen Zyklone, ein Aufstromsortierer und Siebe zum Einsatz. Der gewaschene RC-Sand wird anschließend mit einem Freifallklassierer auf das richtige Kornband eingestellt. Das anfallende Prozesswasser wird einer Wasser-/Schlammbehandlung zugeführt und im Anschluss durch eine chemisch-physikalische Aufbereitung mit mehreren Stufen geführt und als Waschwasser wiedereingesetzt. Diese Prozesswasserregeneration erlaubt weitgehend eine Schadstoffausschleusung und damit die Schließung des Wasserkreislaufs. Bei einer Aufgabenleistung von 150.000 Tonnen Bauschutt jährlich werden ca. 120.000 Tonnen Gesteinskörnung in hoher Qualität zurückgewonnen, davon rund 60.000 Tonnen an Sand, die nicht in Tagebauen als Primärrohstoff abgebaut werden müssen. Dies vermeidet jährlich 1 bis 2 ha Flächenverbrauch. Dabei kann auf Ausgangsmaterial zurückgegriffen werden, das unter anderen Umständen auf Deponien abgelagert werden muss. Diese Menge an mineralischen Abfällen muss somit nicht deponiert werden. Diese Anlagenerweiterung von üblichen Bauschuttaufbereitungsanlagen nach Stand der Technik um eine Sandaufbereitung und ggf. Abwasserreinigung ist auf alle Bauschuttaufbereitungsanlagen in Deutschland übertragbar. Branche: Bergbau und Gewinnung von Steinen und Erden Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Otto Dörner Kies- und Deponien GmbH & Co. KG Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: seit 2023 Status: Laufend
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