Baustoffe aus Recyclaten und Nebenprodukten Kunststoffe
Einsatzgebiete für Kunststoffe in Deutschland 2005 Institut für Werkstoffe des Bauwesens
Abfallaufkommen 2005 an Kunststoffen in den 25 EU-Staaten Anteil [Mio. t] 14 12 10 8 6 4 2 Verpackungen Bauindustrie Automobilindustrie Elektroindustrie 0 Quelle: Wikipedia.org
Verwertung von Kunststoffabfällen 53% 45% 27% 18% 2% 16,7% werkstofflich 1,6% rohstofflich zwischengelagert energetische Verwertung beseitigt stoffliche Verwertung
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.
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 http://www.kunststoffe.fcio.at/publikationen/
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
Verwertungswege Institut für Werkstoffe des Bauwesens
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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.
Synthesegasherstellung Kunststoffe werden gemeinsam mit Kohle, Sauerstoff und Wasserdampf in einem Festbettvergaser (T: 800 C - 1.300 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.
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.
Synthesegasherstellung Institut für Werkstoffe des Bauwesens
Energetische oder thermische Verwertung Institut für Werkstoffe des Bauwesens
Recycling von Alt-Fenster /-Rollladen aus PVC PVC kann bis zu 7-Mal recycliert werden
Recycling von Kunststofffenstern Produktionsabfälle (Verschnitt) wird zu Granulat zermahlen, erwärmt und zu neuen Profilen extrudiert. PVC-Stücke (Grob- Mahlgut) von ca. 20 mm Durchmesser
Recycling von Kunststofffenstern Institut für Werkstoffe des Bauwesens
Zweitnutzung und Recycling von PVC- Fenstern/-Rollladen Mehrteiliger Aufbau ermöglicht den verdeckten Einsatz von Regranulat Profilkern aus Recyclat
Zweitnutzung und Recycling von Produktionsabfällen in D 70000 60000 50000 Zweitnutzung Recycling von Produktionsabfällen Sonstiges werkstoffliches Recycling Tonnen/Jahr 40000 30000 20000 10000 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Jahr
Recyclingziel Alt-Fenster /-Rollladen Institut für Werkstoffe des Bauwesens
Recycling von Kunststofffenstern PVC-Recyclat aus alten Fenstern und Rollladen nach Aufbereitung (Regranulat) (ohne Produktionsabfälle)
Recycling von Kunststoffdachbahnen Altdach besenrein reinigen und anschließend die alte Dachbahn in ca. 1 m breite Bahnen schneiden.
Recycling von Kunststoffdachbahnen Dachbahnen abziehen und die Befestigungselemente (Schrauben, Teller) entfernen.
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.
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
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
Recycling von Kabelumhüllungen Erforderliche Eigenschaften: PVC-Anteil : 70 % Metallgehalt : 1% Mögliche Produkte: Geotextilien Tunnelmembranen Schläuche Rohre
Recycling von EPS Sortenreines Sortieren ist eine wesentliche Voraussetzung für das Recyclieren
Recycling von EPS Die Transportkosten fallen besonders stark ins Gewicht: Nur etwa 650 Kilogramm passen in einen voll beladenen Niederflur-Lkw samt Anhänger.
Recycling von EPS Metallabscheider Geschreddertes EPS
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
EPS-Beton Institut für Werkstoffe des Bauwesens
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
Anwendungsbeispiel EPS- Beton Institut für Werkstoffe des Bauwesens
Anwendungsbeispiel EPS-Beton Institut für Werkstoffe des Bauwesens