„Echtes Recycling“ mit künstlichen Blitzen

Pro Jahr fallen in Deutschland etwa 53 Millionen Altbeton aus dem Hochbau an. Nur ein Bruchteil davon wird wieder als hochwertiger Betonzuschlagstoff in derselben Anwendung eingesetzt. Glaubt man Volker Thome, Wissenschaftler am Fraunhofer Institut für Bauphysik (IBP), liegt das vor allem am Aufbereitungsverfahren.

Wie der Wissenschaftler bei der 1. Europäischen Ressourcenkonferenz auf der IFAT erklärte, bleibt bei der mechanischen Betonzerkleinerung mit dem Backen- oder Prallbrecher immer Zementstein am Kies hängen. „Das führt bei der Verwendung sekundärer Gesteinskörnungen im Frischbeton zu den bekannten Nachteilen“, sagte Thome. Dazu gehören für ihn eine verringerte mechanische Festigkeit, ein höherer Wasseranspruch und der Einsatz von mehr organischen Zusatzmitteln.

Gleich zu Beginn stellte Thome daher fest: „Für mich ist das Downcycling von Beton“. Ein „echtes Betonrecycling“ sei nur gegeben, wenn man den Kieszuschlag vollständig vom Zementstein trenne. Das Mittel der Wahl ist für ihn die elektrodynamische Fragmentierung: ein Verfahren, das auf hochenergetischen Impulsen von unter 500 Nanosekunden beruht.

Beste Zerkleinerungstechnologie

Die Impulse werden dabei auf einen im Wasser liegenden Betonkörper gegeben, wodurch erst Risse und dann ein Plasmakanal entlang der Phasengrenzen der verschiedenen Betoninhaltsstoffe entstehen. Der Plasmakanal erzeugt anschließend eine Druckwelle von 10 Gigapascal. Das entspricht der Stärke von TNT. Im Ergebnis werden die einzelnen Komponenten dadurch voneinander gelöst.

In einem Vergleich der Zerkleinerungstechnologien schneidet die elektrodynamische Fragmentierung am besten ab. So werden laut Thome beim Backenbrecher etwa 15 Prozent des Materials (Korngröße vier Millimeter) und beim Prallbrecher 30 Prozent des Materials (Korngröße acht Millimeter) freigelegt. „Bei unserer Methode können wir 40 Prozent bei einer Korngröße von vier Millimetern und sogar 70 Prozent bei einer Korngröße von 24 Millimetern freilegen“, erklärte Thome.

Das Ergebnis sind eine Grobfraktion größer vier Millimeter, eine Feinfraktion sowie eine Mischfraktion aus sandigen Zuschlag und zerbrochenem Zementstein. Darüber hinaus könne durch Behandlung des Prozesswassers und anschließende Trocknung ein Filtrat gewonnen werden, das überwiegend aus Kalk bestehe. Laut Thome ist es möglich, alle Fraktionen zu verwerten.

Raus aus dem Labor

Die Grobfraktion sieht der Wissenschaftler als hochwertigen Zuschlagstoff für Frischbeton. „Unsere Versuche haben gezeigt, dass wir hier bis auf ein wenig Portlandit keine Anhaftungen haben. Dazu ist die Sieblinie nahezu identisch und der Bedarf an Fließmittel genauso hoch wie bei originalen Zuschlägen.“

Eine überraschender Punkt sei die erhöhte Druckfestigkeit von 10 bis 20 Prozent gegenüber Zuschlagstoffen aus primären Quellen. Die Erklärung hierfür liegt in der Methode. Durch die künstlichen Blitze werden Thome zufolge das Material an vorhandenen Mikrorissen gebrochen. In der Folge entstünden kleinere komplett rissfreie Körnchen.

Die weiteren Fraktionen eignen sich für andere Einsatzbereiche: So könne beispielsweise die Mischfraktion für die Herstellung von Porenbeton eingesetzt werden. Entsprechende Versuche seien positiv verlaufen. Aus der Feinfraktion ließe sich ein Zementzumahlstoff gewinnen.

Bislang sind das allerdings nur Laborergebnisse. Auch wenn die Aufbereitung mit Kosten von 7 bis 8 Euro je Tonne durchaus schon konkurrenzfähig ist, hapert es am Durchsatz. „Wir können in unserer Anlage derzeit eine Tonne Material pro Stunde aufbereiten. Die Industrie verlangt 20 Tonnen pro Stunde“, sagte Thome abschließend. Er arbeite derzeit an der Aufskalierung. Möglicherweise werde er auf der IFAT in zwei Jahren eine entsprechende Anlage präsentieren können.