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Projekt RiA – Rohstoffrückgewinnung durch innovative Asphaltaufbereitung nach dem NaRePAK-Verfahren (Nachhaltiges Recycling von PAK-haltigem Straßenaufbruch)

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

Umweltchemie und Umweltanalytik von Kohlenwasserstoffen

Es werden u.a. wissenschaftliche Workshops durchgefuehrt: 26./27. November 1981: Expoquimia Barcelona 19./20. November 1984: Expoquimia Barcelona 20./21. Maerz 1986: EPF-L, Lausanne in Zukunft werden auch biochemische und Metabolismus-Studien einbezogen.

Gesellschaftlicher Dialog und Qualitätssicherung bei der Nutzung von Recyclingholz entlang der Wertschöpfungskette, Teilvorhaben 2: Qualitätsanforderungen an Möbel aus Altholz und Handlungsempfehlungen für die Etablierung eines Qualitätskonzepts

Das Ziel des Projekts Altholzdialog ist es, wissenschaftlich basierte Handlungsempfehlungen hinsichtlich der Inhalte für eine Qualitätssicherung und Endverbraucheraufklärung zur Steigerung der stofflichen Verwendung von Altholz zu entwickeln. Erreicht wird dies durch die Untersuchung von Entscheidungsszenarien, die sich am Qualitätsverständnis und dem Einfluss des Altholzeinsatzes auf die Kosten entlang der Wertschöpfungskette orientieren. Da Altholz fast ausschließlich in der Spanplattenproduktion stofflich eingesetzt wird, fokussiert sich das Projekt auf diesen Werkstoff. Durch die dialogorientierte Einbindung aller relevanten Akteure der Wertschöpfungskette (Entsorgung und Recycling, Holzwerkstoff- und Möbelherstellung sowie Endverbraucher) wird die Praxis bestmöglich abgebildet und die daraus abgeleiteten Handlungsempfehlungen erlauben einen realitätsnahen Ansatz zur Steigerung der Verwendung von Altholz. Das Projekt Altholzdialog soll die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen schaffen, die Nutzungsdauer der Ressource Holz im Stoffkreislauf durch einen wiederholten stofflichen Einsatz von Altholz zu verlängern, um einen positiven Beitrag zum Klimaschutz zu erzeugen. Letztlich soll der Wert der nachwachsenden Ressource Holz als wertvoller Rohstoff, den es auch bei wiederholter Nutzung zu schätzen gilt, in der Gesellschaft gesteigert werden.

Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau

Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.

Recycling von Prozessabwasser mit Rueckgewinnung von Schwefelsaeure in der Batterieherstellung

Bei der Batterieherstellung fallen beim Saeurefreiwaschen der formierten Elektroden grosse Mengen Abwasser an, die mit Schwefelsaeure, Blei und anderen Schwermetallen belastet sind. Zur Verminderung dieser Belastungen werden bisher die mehrstufige Kaskadenspuelung im Gegenstrom und Ableitung des anfallenden Spuelkonzentrats ueber eine Neutralisationsfaellung oder die Kreislauffuehrung ueber eine dreistufige Faellung nach dem Walhalla-Verfahren eingesetzt. Nachteilig hierbei ist der Schlammanfall, der mit grossem Aufwand verwertet werden muss. Im vorliegenden Vorhaben wird der Gesamtanfall von Abwasser im Bereich der Elektrodenwaesche durch die Anwendung und Optimierung von physikalischen Kreislaufbehandlungsverfahren mindestens halbiert und die anfallenden Reststoffe intern oder extern verwertet. Folgende Verfahrenskombinationen kommen zur Anwendung. Optimierung des Waschverfahrens zur Erhoehung der Konzentration der Spuelwaesser und Minimierung der Wassermenge. Entfernung des feinpartikulaer vorhandenen Bleis durch eine optimierte Mikrofiltration. Der zurueckgehaltene Bleischlamm kann in der Sekundaerverhuettung wieder eingesetzt werden. Entfernung der geloesten Schwermetalle durch Kationentauscher. Aufkonzentrierung der Loesung durch eine Elektrodialyse. Die hierbei erzeugte 10-prozentige Schwefelsaeure wird in die Produktion zurueckgefuehrt, das an Schwefelsaeure verarmte Wasser wird wieder im Spuelprozess eingesetzt. Bei dieser Verfahrensweise werden die Ableitung von grossen Mengen sulfathaltiger Abwaesser und die Entstehung von schwermetallhaltigen Gipsschlaemmen aus der konventionellen Abwasserbehandlung vermieden.

Ressortforschungsplan 2024, Ausschleusung von Schadstoffen aus Stoffkreisläufen mittels thermischer Verfahren

Die thermische Abfallbehandlung erfüllt im Rahmen der Circular Economy gleich mehrere Aufgaben: - Gewährleistung der Entsorgungssicherheit als Beitrag zur Daseinsvorsorge unter Ausnutzung vorhandener Potenziale zur Energiebereitstellung und Wertstoffgewinnung - Zerstörung und Ausschleusung von Schadstoffen aus dem Stoffkreislauf und das Bindeglied zwischen Stoffumwandlung und Energie. Thermische Abfallbehandlungsanlagen (TAB) erfüllen bereits heute höchste Umweltstandards, u.a. zur Emissionsminderung. Die absehbaren Entwicklungen zielen auf eine weitere Absenkung der Emissionswerte, optimierte Energieausnutzung, Recycling von Endprodukten aus der thermischen Behandlung. Die thermische Abfallbehandlung in ihrer Funktion als Schadstoffsenke ist essentielle Voraussetzung für das hochwertige Recycling bestimmter Abfallfraktionen und konzentriert sich dabei vor allem auf organische Schadstoffe, die dem Stoffkreislauf entzogen werden müssen. Dabei liegt besonderes Interesse auf den POPs (z.B. bromierte Dioxine) aufgrund deren besonderer Produkteigenschaften wie hohe Stabilität aber die gleichzeitig damit verbundene schwere Abbaubarkeit sowie einigen fluorierten Verbindungen (PFAS). Um die die Funktion der Schadstoffentfrachtung von Stoffströmen sicher erfüllen zu können, sind Kenntnisse über die thermische Zersetzung dieser Stoffgruppen notwendig, die über das geplante Vorhaben generiert werden sollen. Hierzu sind entsprechende Kenntnisse über das Ausgangsmaterial (Abfallanalyse Bauabfälle, Sortierreste Verpackungssortierung (DSD), Gewerbeabfälle) durch die Auswahl geeigneter Leitsubstanzen oder Summenparameter in Verbindung mit der Auswahl geeigneter Messmethoden zu erarbeiten. Weiterhin sind Emissionsmessungen an großtechnischen Anlagen durchzuführen, wobei die Emissionsmessungen aufgrund von Abfallanalysen und den dabei als sinnvoll erkannten Leitparametern erfolgen sollen.

Forschergruppe (FOR) 456 degree of celsius: The role of Biodiversity for element cycling and trophic interactions: An experimental approach in a grassland community, FOR 438: Die Bedeutung von Biodiversität für Stoffkreisläufe und trophische Interaktionen: Ein Versuchsansatz in Grasslandgesellschaften - Teilprojekt: Diversität und Funktion von arbuskulären Mykorrhiza- und Bodenpilzen mit oxidativem Potential in Grasländern mit unterschiedlichen Stufen pflanzlicher Diversität

Das Jena Experiment hat es sich zum Ziel gesetzt Zusammenhänge zwischen Pflanzendiversität und Ökosystemprozessen zu untersuchen. Unsere Arbeiten beschäftigen sich mit einer der Schlüsselgruppen in unterirdischen Ökosystemprozessen - den Pilzen. Das Wirtsspektrum arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF) wird innerhalb der Monokultur-Plots untersucht. In Polykulturen unterschiedlicher Diversität soll der Zusammenhang zwischen Artenreichtum von Pflanzen und AMF vertiefend studiert werden. Durch ein Experiment mit stabilen Isotopen soll der Beitrag der AMF für die Nährstoffverteilung zwischen einzelnen Pflanzenarten, aber auch zwischen funktionellen Gruppen näher beleuchtet werden. Weiterhin wird untersucht, ob Zusammenhänge zwischen Stickstoffmineralisierung, Anreicherung organischer Substanzen sowie der Diversität und dem Expressionsprofil pilzlicher Laccasegene bestehen.

Entscheidungshilfesystem für das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Zielsetzung: Die immer stärker zunehmende Nutzung und Verbreitung von Lithium-Ionen- Batterien (LiB) führt dazu, dass die Frage nach einer nachhaltigen Entsorgung und Wiederverwendung selbstverständlich an Bedeutung gewinnt. Aktuell bestehen erhebliche Defizite in der Schaffung effizienter Stoffkreisläufe und im Zugang zu praktikablen Recyclingstrategien, insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU). Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines umfassenden Entscheidungshilfesystems, das KMU`s dabei unterstützt, die geeignetsten Recyclingstrategien für LiB zu identifizieren. Dabei werden zwei zentrale Fragestellungen betrachtet: Zunächst geht es um die Auswahl des optimalen Systems für die Stoffkreisläufe. Hierbei stellt sich die Frage, ob „Hersteller- bzw. Branchen-individuelle Stoffkreisläufe“ bevorzugt werden sollten oder ob auch „alternative Konzepte“ zur Verfügung stehen, die möglicherweise besser geeignet sind. Im zweiten Schritt soll die beste Recycling-Route ermittelt werden, wobei verschiedene Optionen zur Verfügung stehen, wie etwa die Wiederverwendung (ReUse oder Second Life Anwendungen), die stoffliche Verwertung von Kathodenmaterial oder die Nutzung der Batterien als Sekundärrohstoffe. Durch die gezielte Analyse und Bewertung dieser Optionen wird ein praxisnahes Entscheidungssystem entwickelt, das nicht nur ökologische Vorteile bietet, sondern auch ökonomisch tragfähige Lösungen aufzeigt. Somit leistet das Vorhaben einen wichtigen Beitrag zur Stärkung der Kreislaufwirtschaft und zur Ressourcenschonung im Bereich der Batterietechnologie, die im Einklang mit den Vorgaben der Europäischen Union sowie der Bundesrepublik Deutschland stehen.

Wissenschaftliche Begleitforschung zu aktuellen Diskursen zur Ressourcenschonung - nationale, europäische und internationale Ebene

In diesem Vorhaben soll einerseits eine Analyse der potenziellen Treibhausgaseinsparungen von Ressourceneffizienz (RE)- und Circular Economy (CE)-Maßnahmen erfolgen und prioritäre Maßnahmen identifiziert werden. Dabei soll auf existierenden Ansätzen aufgebaut werden und eine Anknüpfung an die internationale Forschungslandschaft erfolgen. Zentrale Frage ist dabei, inwieweit eine Senkung des Verbrauchs an Primärrohstoffen und die Schließung von Stoffkreisläufen durch RE/CE-Maßnahmen zur Erreichung der Klimaschutzziele beitragen können und welches die effektivsten Umstellungen/Maßnahmen zur Erreichung dieser Ziele sind? Andererseits soll das Vorhaben die inhaltliche Ausgestaltung des Europäischen Ressourcenforums (ERF) in 2022 und 2024 unterstützen. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen in laufenden europäischen und internationalen Prozessen wie G7, G20, dem UNEP International Resource Panel (IRP), und auf EU-Ebene verwendet werden.

Urbane aquatische Kreislaufwirtschaft für Bremen

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