Verbrennungsrückstände

Mit einer Kombination aus mehreren Verfahren wollen Forscher wirtschaftsstrategische Metalle zurückgewinnen. Auf diese Weise sollen Reste aus der Müllverbrennung, Metallerzeugung und Zementproduktion recycelt werden.

Neue Aufbereitungsroute für Aschen und Schlacken


In Deutschland fallen jährlich über sechs Millionen Tonnen Aschen aus der Müllverbrennung an. Hinzu kommen Schlacken und Stäube aus der Metallerzeugung und der Zementproduktion. Vor allem deren Feinanteil ist eine beachtliche Quelle für viele wichtige kritische Metalle. Das Problem ist nur: Für den Feinanteil gibt es bislang keine effektiven Recyclingkonzepte.

Das aktuelle Forschungsprojekt Elexsa soll das nun ändern. „Im Verbundvorhaben Elexsa soll gezielt der Feinanteil verschiedener Materialien aus industriellen Prozessen aufbereitet werden“, wie Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik im Juni bei der Berliner Konferenz zu Mineralischen Nebenprodukten und Abfällen erklärten. Die verschiedenen Aschen, Schlacken und Stäube sollen so aufbereitet werden, dass eine selektive Rückgewinnung der einzelnen Zielwertstoffe am Ende der Prozesskette möglich ist.

Im Projekt werden dafür vier Schlacken aus verschiedenen Prozessschritten der Metallerzeugung verwendet. Hinzu kommen drei Aschen aus der Abfallverbrennung. Dabei handelt es sich im Einzelnen um ein frisches Produkt, um eine Asche, die zehn Jahre deponiert wurde, und um eine Feinstfraktion kleiner 200 Mikrometer aus der Wäsche einer frischen MVA-Asche.

Auch die Asche aus Elektronikschrott wird untersucht. Zu den Zielwertstoffen, auf die sich die Projektpartner konzentrieren, zählen Antimon, Blei, Chrom, Kupfer, Molybdän, Niob, Selten-Erd-Elemente, Wolfram, Zink und Zinn.

Hochspannungsimpulse trennen Mehrkomponenten-Material

Der Prozess soll dreistufig umgesetzt werden. Zunächst erfolgt laut Fraunhofer-Wissenschaftlern mittels elektrodynamischer Fragmentierung eine selektive Auftrennung der aus mehreren Komponenten bestehenden Ausgangsstoffe. Diese Methode eigne sich für Fraktionen größer 2 Millimeter. Mittels der Hochspannungsimpulse könnten eingeschlossene Metalle freigelegt und separiert werden.

Im zweiten Schritt werde das anfallende Feinmaterial separiert und der hydrothermalen Behandlung zugeführt, um schwerlösliche Metalle aufzuschließen. Exakt eingestellte Prozessparameter wie Druck, pH-Wert und Temperatur seien die Voraussetzung für einen hohen Wirkungsgrad. Dieser werde zusätzlich durch die vorgeschaltete elektrodynamische Fragmentierung gesteigert. Willkommener Nebeneffekt dieses Prozesses: Dabei werden Dioxine, Furane und andere umweltschädliche polychlorierte Kohlenwasserstoffe zerstört.

Im letzten Schritt werden die gelösten Metalle mit verschiedenen Elektrolyttextilien und maßgeschneiderten Polymeren selektiv zurückgewonnen. „Abschließend erfolgt eine Evaluation verschiedener Verwertungsstrategien der rückgewonnenen Metalle“, wie die Forscher bei der Konferenz erklärten. Dabei würden verschiedene Aspekte wie Anforderungen der verarbeitenden Industrie an das wiedergewonnene Material berücksichtig.

Vielversprechende Ergebnisse

Das Projekt steht noch am Anfang. Aber bereits bei ersten Arbeiten hat sich laut Wissenschaftlern gezeigt, dass die Aufbereitung der Materialien mittels elektrodynamischer Fragmentierung gut realisierbar ist. Eine Abschätzung, ob die Rückgewinnung der Zielrohstoffe mit der vorgestellten Prozesskette möglich ist, könne derzeit allerdings noch nicht gesichert erfolgen.

Allerdings wurde in vorangegangenen Forschungsprojekten bereits gezeigt, welches Potenzial den einzelnen Prozessen innewohnt. So hätten verschiedene Forschungsprojekte bewiesen, dass es möglich sei, enthaltene Metallfraktionen nahezu vollständig durch hydrothermale Lösungsprozesse aus Verbrennungsrückständen herauszulösen.

Recyclingquote von über 70 Prozent

Geplant ist nun, die neue Aufbereitungskette im Rahmen von Elexsa bis Juni 2019 fertig zu entwickeln. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik und seine Partner aus Industrie und Forschung gehen davon aus, dass sie damit die Rückgewinnungsquote von Metallen aus Aschen, Schlacken und Stäuben weiter steigern können. Noch bis vor wenigen Jahren konnten nach Angaben des MVA-Betreiber-Verbands ITAD lediglich 7,5 Prozent Eisenmetalle und 0,7 Prozent Nichteisen-Metalle zurückgewonnen werden. „Zum Einsatz kamen meist (elektro-)mechanische Verfahren“, wie die Fraunhofer-Wissenschaftler erläutern.

Inzwischen konnte die Recyclingquote für NE-Metalle in Verbrennungsanlagen auf etwa 56 Prozent erhöht werden. Problematisch sei allerdings die Rückgewinnung von Metallen, die beispielsweise von einer silikatischen Matrix ummantelt sind. „Hier stoßen herkömmliche Magnet- oder Wirbelstromabscheider an ihre Grenzen“, so die Fraunhofer-Forscher.

Durch zusätzlich vorangeschaltete Maßnahmen könnte man die Recyclingquoten aber erhöhen, meinen die Wissenschaftler. So sei es bereits gelungen, mittels einer Kombination von Hochgeschwindigkeits-Prallbrecher und Wirbelstromabscheider die Recyclingquote zu steigern. Erreicht wurde eine Quote von über 70 Prozent.

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