Institut für Werkstoffe des Bauwesens. Baustoffe aus Recyclaten und Nebenprodukten Kunststoffe

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1 Baustoffe aus Recyclaten und Nebenprodukten Kunststoffe

2 Einsatzgebiete für Kunststoffe in Deutschland 2005 Institut für Werkstoffe des Bauwesens

3 Abfallaufkommen 2005 an Kunststoffen in den 25 EU-Staaten Anteil [Mio. t] Verpackungen Bauindustrie Automobilindustrie Elektroindustrie 0 Quelle: Wikipedia.org

4 Verwertung von Kunststoffabfällen 53% 45% 27% 18% 2% 16,7% werkstofflich 1,6% rohstofflich zwischengelagert energetische Verwertung beseitigt stoffliche Verwertung

5 Verwertungsarten Energetische Verwertung Erscheint es aus ökologischen oder ökonomischen Gründen nicht sinnvoll, Kunststoffreste stofflich zu verwerten, so werden diese der Zement- oder Stahlindustrie als Energieträger zugeführt. Werkstoffliche Verwertung Sortenreine Kunststoffreste werden gemahlen und von der Kunststoff verarbeitenden Industrie als Rohmaterial eingesetzt. Rohstoffliche Verwertung Kunststoffreste werden zum Monomer zurückgeführt, welches wiederum zur Herstellung neuer Kunststoffe verwendet wird.

6 Werkstoffliche Verwertung Hierbei bleiben die Kunststoffe als Material erhalten, d.h. die Makromoleküle bleiben unverändert. Dieses Verfahren ist für alle thermoplastischen Kunststoffe anwendbar (80 % der Kunststoffe). Diese Art des Recyclings entspricht völlig den auch von traditionellen Werkstoffen wie Glas oder Metallen her bekannten Verfahren. Die stoffliche Verwertung von Kunststoffabfällen ist in manchen Fällen recht kostenintensiv. Vieles was technisch lösbar ist, ist unter wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten nicht mehr sinnvoll. Quelle: Kunststoffe - Werkstoffe unserer Zeit, Arbeitsgemeinschaft Deutsche Kunststoffindustrie

7 Rohstoffliche Verwertung Umkehrung des Kunststoffherstellungsprozesses Spaltung von Polymerketten durch die Einwirkung von Wärme zu petrochemischen Grundstoffen rohstoffliche Verfahren: Vergasung, Cracking und chemische Industrie Hydrierung Ersatzreduktionsmittel (statt Koks) im Hochofen

8 Verwertungswege Institut für Werkstoffe des Bauwesens

9 Stoffliche Verwertung oder Materialrecycling Vermischte Kunststoffabfälle Polyolefine (PE, PP, PIB), PVC, PS Zerkleinern/Mahlen Waschen Abtrennen von Störstoffen im Schwimm-/Sink-Verfahren nachgeschalteter Hydrozyklon Trocknen: mechanisch und thermisch Schmelzen und Granulieren Regranulate

10 Stoffliche Verwertung oder Materialrecycling Polyolefine (PE, PP, PIB) sind leicht und schwimmen; die Anreicherung erreicht 95 %, in weiteren Schritten dann 98 % PVC, PS und Verunreinigungen sinken ab In weiteren Schritten werden die schweren Kunststoffe in Hydrozyklonen getrennt und auf 98 % angereichert.

11 Stoffliche Verwertung oder Materialrecycling Verfahren ist geeignet für alle thermoplastischen Kunststoffe ( 80% aller Kunststoffe) Voraussetzung für die Verwertung zu Regranulat ist eine Sortierung nach Kunststoffarten und eine Reinigung Gründe: Unverträglichkeit vieler Kunststoffe untereinander und unterschiedliche Schmelztemperaturen Schmelztemperaturen: Polyethylen: 140 C, Polystyrol: 160 C PET: 280 C

12 Stoffliche Verwertung oder Materialrecycling Ein Gemisch verschiedener Kunststoffe bildet keine homogene Schmelze es lässt sich nicht zu Granulat umformen Fremdstoffe und Schmutz beeinträchtigen die Qualität des Regranulats Ausnahme: In einem Gemisch verschiedener Kunststoffe liegt ein Kunststoff in großer Menge vor In der Praxis ist dies meist Polyethylen PE schmilzt früh und wird Bindemittel für die anderen Füllkunststoffe Herstellung dickwandiger Kunststoffplatten minderer Qualität

13 Einsatzgebiete für Regranulate Polyethylenregranulate Quelle: Folien Anwendung: Tragtaschen, Müllsäcken, Landwirtschafts- und Baufolien, Eimer, Rohre Quelle: Flaschen, Behälter Anwendung: Flaschen (Wasch- und Düngemittel), Kanistern, Kübeln, Mülltonnen, Platten und Rohren

14 Einsatzgebiete für Regranulate Polypropylenregranulate Blumentöpfen, Kleiderbügeln und Möbelteilen Polystyrolregranulate Schuhabsätze, Videokassetten, Bauteile für die Autoindustrie, Büroartikel PET(Polyethylenterephthalat)-flakes Fasern für Anorak- und Schlafsackfüllungen, Fleece- Pullover, Sporttaschen, Teppiche PVC-Regranulate Kabelschutzrohre, Kabelabdeckplatten, Fensternebenprofile

15 Grenzen der stofflichen Verwertung wirtschaftliche und ökologische Gesichtspunkte Typenvielfalt der Kunststoffe, geringe Abfallmengen je Type, hoher Verunreinigungsgrad und demontagefeindliche Konstruktionen preisgünstiges Neumaterial Geltende Normen und Vorschriften beschränken oder verhindern den Einsatz

16 Rohstoffliche oder chemische Verwertung Die großen Kunststoff-Molekülketten werden in kleine Bruchstücke zerlegt. Diese Bruchstücke sind wieder Grundstoffe, die für die Erzeugung neuer Kunststoffe verwendet werden. Die Zerlegung der Kunststoffe geschieht mit folgenden Verfahren Hydrierung Hydrolyse Synthesegasherstellung

17 Hydrierung von Kunststoffen Kunststoffe werden unter hohem Druck (140 bis 200 bar) und bei Temperaturen von rund 500 C mit Wasserstoff behandelt Spaltung der Kunststoffmoleküle, der Wasserstoff lagert sich an die Bruchstücke an Als Recyclingprodukt fallen ein Erdöl-ähnliches Gemisch ("Syncrude (synthetic crude oil)) und gasförmige Spaltprodukte (Heizgas) an Kraftstoffe, Heizöle und Rohstoffe für die Kunststoffproduktion Geeignet für alle Kunststoffe

18 Hydrolyse von Kunststoffen Aufspalten bestimmter Kunststoffe durch Einwirkung von Wasserdampf unter hohem Druck und hoher Temperatur in die ursprünglichen Bausteine Die Molekülketten müssen in ihrem Verlauf in regelmäßigen Abständen leicht trennbare Stellen aufweisen Eine ähnliche Spaltreaktion ist mit Hilfe von Alkoholen möglich (Alkoholyse) Vorteil gegenüber der Hydrolyse: Reinigung und Auftrennung der Spaltprodukte ist einfacher.

19 Hydrolyse von Kunststoffen Geeignete Kunststoffe für eine Wiederverwertung durch Hydrolyse oder Alkoholyse: Polyester (z. B. PET) Polyamide (z. B. Nylon) Polyurethane Polycarbonate Die Alkoholyse von PET-Getränkeflaschen wird in den USA praktiziert, die Alkoholyse von Polyurethanen in Deutschland und auch in Österreich.

20 Synthesegasherstellung Synthesegas ist ein hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetztes Gasgemisch. Es wird in der chemischen Industrie als Rohstoff für die Herstellung ("Synthese") verschiedenster Produkte eingesetzt wird v.a. zur Gewinnung von Methanol. Wichtige Voraussetzung für einen Synthesegas-Rohstoff ist sein Kohlenstoffgehalt. Mit einem durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von ca. 70 % erfüllen Kunststoffabfälle diese Voraussetzung.

21 Synthesegasherstellung Kunststoffe werden gemeinsam mit Kohle, Sauerstoff und Wasserdampf in einem Festbettvergaser (T: 800 C C, Druck 25 bar) in Synthesegas umgewandelt. Das entstehende Gasgemisch wird nach dem Abkühlen je nach geplantem Einsatzzweck weiter behandelt. Für die Methanolgewinnung wird das Gas intensiv gereinigt, bevor es der eigentlichen Methanolanlage zugeführt wird, in der sich mit Hilfe eines Katalysators aus den beiden Gasbestandteilen Kohlenmonoxid und Wasserstoff Methanol bildet.

22 Synthesegasherstellung Zur Herstellung von Wasserstoff wird das Synthesegas nach einer Reinigung noch einmal mit Wasserdampf behandelt. Dabei bildet sich aus dem zugeführten Wasserdampf Wasserstoffgas und das Kohlenmonoxid wird gleichzeitig zu Kohlendioxid umgesetzt.

23 Synthesegasherstellung Institut für Werkstoffe des Bauwesens

24 Energetische oder thermische Verwertung Institut für Werkstoffe des Bauwesens

25 Recycling von Alt-Fenster /-Rollladen aus PVC PVC kann bis zu 7-Mal recycliert werden

26 Recycling von Kunststofffenstern Produktionsabfälle (Verschnitt) wird zu Granulat zermahlen, erwärmt und zu neuen Profilen extrudiert. PVC-Stücke (Grob- Mahlgut) von ca. 20 mm Durchmesser

27 Recycling von Kunststofffenstern Institut für Werkstoffe des Bauwesens

28 Zweitnutzung und Recycling von PVC- Fenstern/-Rollladen Mehrteiliger Aufbau ermöglicht den verdeckten Einsatz von Regranulat Profilkern aus Recyclat

29 Zweitnutzung und Recycling von Produktionsabfällen in D Zweitnutzung Recycling von Produktionsabfällen Sonstiges werkstoffliches Recycling Tonnen/Jahr Jahr

30 Recyclingziel Alt-Fenster /-Rollladen Institut für Werkstoffe des Bauwesens

31 Recycling von Kunststofffenstern PVC-Recyclat aus alten Fenstern und Rollladen nach Aufbereitung (Regranulat) (ohne Produktionsabfälle)

32 Recycling von Kunststoffdachbahnen Altdach besenrein reinigen und anschließend die alte Dachbahn in ca. 1 m breite Bahnen schneiden.

33 Recycling von Kunststoffdachbahnen Dachbahnen abziehen und die Befestigungselemente (Schrauben, Teller) entfernen.

34 Recycling von Kunststoffdachbahnen Die Altdachbahnen möglichst eng zusammen rollen und in Big Bags füllen. Eine Big Bag- Palette fasst ca. 700 kg. Abtransport der Altdachbahnen durch den Entsorgungsdienst.

35 Welche Bahnen werden recycelt? Unkaschierte, lose verlegte oder mechanisch befestigte PVC-P, EVA/PVC oder PE-C Altdachbahnen Vlieskaschierte und / oder verklebte Altdachbahnen aus PVC-P, EVA/PVC oder PE-C

36 Recyclierbare PVC-Bodenbeläge Homogenbeläge (einschichtige Beläge, durchgehend marmoriert) Heterogenbeläge (PVC-Nutzschicht auf PVC- Trägerschicht) Systembeläge (dickere PVC-Nutzschicht auf PVC- Schaum) CV-Beläge (Cushion Vinyls) (dünnere PVC-Nutzschicht auf PVC-Schaum) PVC-Wandbeläge (PVC-Nutzschicht auf PVC-Schaum) PVC-Schweissschnur

37 Recycling von Kabelumhüllungen Erforderliche Eigenschaften: PVC-Anteil : 70 % Metallgehalt : 1% Mögliche Produkte: Geotextilien Tunnelmembranen Schläuche Rohre

38 Recycling von EPS Sortenreines Sortieren ist eine wesentliche Voraussetzung für das Recyclieren

39 Recycling von EPS Die Transportkosten fallen besonders stark ins Gewicht: Nur etwa 650 Kilogramm passen in einen voll beladenen Niederflur-Lkw samt Anhänger.

40 Recycling von EPS Metallabscheider Geschreddertes EPS

41 Recycling von EPS Der Styroporschnee wird in einem Ofen bei ca. 200 C zu einem zähen Brei eingeschmolzen. Die Masse wird durch eine perforierte Scheibe gepresst, die Stränge in kurzen Abständen mit einem Messer durchgeschnitten. Die Abschnitte werden dann mit Wasser gekühlt und in einer waschmaschinenähnlichen Trommel durch Rotation zu kleinen Linsen abgeschliffen: Das Endprodukt der Anlage ist ein begehrter Rohstoff der Kunststoffindustrie

42 EPS-Beton Institut für Werkstoffe des Bauwesens

43 Eigenschaft Eigenschaft Dimension EPS-Beton Rohdichteklasse [kg/dm 3 ] 0,4 Druckfestigkeit [N/mm 2 ] 2,2 Biegezugfestigkeit [N/mm 2 ] 1,38 dyn. E-Modul [N/mm 2 ] 1,17 Wärmeleitfähigkeit [W/(m. K)] 0,117 Temperaturleitzahl α [10-4 m 2 /h] 6,5...9,8 Wasserdampfdiffusionswiderstand [-] 23 S d -Wert [m] 6,9 Wasseraufnahmekoeffizient [(kg/m 2 )h 0,5 ] 0,52 kapillare Wasseraufnahme (nach 6 h / 24 h) [kg/m 2 ] 0,80 / 1,14 Wassereindringtiefe nach Karsten (nach 10 min/ 60 min/ 180 min) [mm] 0,08 / 0,23 / 0,63 Gesamtporenraum [Vol.-%] 81

44 Anwendungsbeispiel EPS- Beton Institut für Werkstoffe des Bauwesens

45 Anwendungsbeispiel EPS-Beton Institut für Werkstoffe des Bauwesens