Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gemeinnützige GmbH I have a dream Visionen für die Kreislaufwirtschaft Prof. Dr.-Ing. habil. Anette Müller Aachen Juli 2017
These 1 Bauabfälle stellen schwierige Rohstoffe dar Entropie, wohin man schaut These 2 Die gegenwärtig angewandten Aufbereitungstechniken sind den Bauabfällen kaum gewachsen These 3 Strategien für das zukünftige Recycling: Sortenreines Trennen oder homogenes Vermischen These 4 Die Recyclingfabrik der Zukunft: Nutzung des Bauwerksbestands als Rohstoff- und Energiequelle 2
These 1 Bauabfälle stellen schwierige Rohstoffe dar Entropie, wohin man schaut 3
Bauabfälle als schwierige Rohstoffe Gebäude als Mehrkomponenten-Gemische Quelle: Deilmann, C. u.a. Materiallager im Hochbau 2016 4
Bauabfälle als schwierige Rohstoffe Resultierendes Recycling-Material 5
Bauabfälle als schwierige Rohstoffe Stahlbeton als Eins+Zwei-Komponenten-Material A: Mörtel B: Komposit C: Reine Gesteinskörnung 6
Bauabfälle als schwierige Rohstoffe Resultierende Rohdichteverteilung Betonrezyklat 1,87 2,76 g/cm³ Rel. Häufigkeit [%] 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Kies: 2,38 2,80 Variation der Rohdichte über breiten Bereich Minimum Zementsteinrohdichte Maximum Rohdichte natürlicher Gesteinskörnungen Rohdichte [g/cm³] 7
Bauabfälle als schwierige Rohstoffe Verteilung des Rohstoffs Bauschutt an vielen Standorten Asphaltaufbereitungsanlage Mobile Bauschuttaufbereitungsanlage Stationäre Bauschuttaufbereitungsanlage 8
These 2 Die gegenwärtig angewandten Aufbereitungstechniken sind den Bauabfällen kaum gewachsen Blake-Backenbrecher 1858 Klaubetafel nach Agricola 1556 Quellen: Agricola; 1556 BLAKE'S STONE AND ORE BREAKER AND CRUSHER; 1879. 9
Überforderte Aufbereitungstechniken? Entwicklungen der Aufbereitungstechnik seit 1952, die beim Recycling praktisch genutzt werden: Prallbrecher mit vertikaler Welle Spannwellensiebe Siebbeläge aus Kunststoff Wirbelstromscheider Setzmaschinen bestimmter Bauart Sensorbasierte Einzelkornsortierung Begriffe Massenstromsortierung: Partikelkollektive werden anhand von gemeinsamen physikalischen Merkmalen getrennt Einzelkornsortierung: Physikalische oder chemische Merkmale jedes einzelnen Partikels werden erfasst und dienen als Trennmerkmal 10
Überforderte Aufbereitungstechniken? Bisherige Verfahren der Einzelkornsortierung In der Regel Upstream vor der Zerkleinerung Händisch oder mittels Sortiergreifer 11
Überforderte Aufbereitungstechniken? Neue Verfahren der Einzelkornsortierung Downstream nach der Zerkleinerung und Absiebung des Anteils < 8 mm Erkennung mittels Sensorik Abtrennung mittels Druckluft Ggf. Vorkonditionierung durch Befeuchten und abrasive Reinigung der Oberfläche Sortiermerkmale Strahlungsintensitäten in bestimmten Wellenlängenbereichen des elektromagnetischen Spektrums (Nahinfrarotbereich, Bereich des sichtbaren Lichts, Bereich der Röntgenstrahlung) Kornform Oberflächenmerkmale Quelle: www.mogensen.de 12
Überforderte Aufbereitungstechniken? Entwicklung der sensorbasierten Sortierung in der Abfallaufbereitung Leichtverpackungen und Altglas Ab Mitte der 1980-er Jahre: Tests von Einzelkanal- Sortierern mit Fotodioden Heute: Farbsortierung von Altglas bis zu Partikelgrößen von 1 mm, NIR-Sortierung bis zu Partikelgrößen von 5 mm bei Durchsätzen von 25 bis 60 t/h Mineralische Bauabfälle Ab den 2000-er Jahren: Anwendungtests von Farbsortieren Heute: Erste Sortieranlagen in Recyclinganlagen im Einsatz 13
These 3 Strategien für das zukünftige Recycling: Sortenreines Trennen oder homogenes Vermischen Quellen: www.ndr.de/.../sesamstrasse/maerchen123_p-9.html www.eirich.de 14
Trennen oder Vermischen? Sortenreines Trennen: Stoffsubkreisläufe nach Kohler/Kurkowski 1998; Eden et al. 2007 Rohstoffkomponente für das ursprüngliche Produkt Anwendungen unter Nutzung spezifischer Eigenschaften Voraussetzung Sortenreine Rückgewinnung durch selektiven Rückbau und Sortierung Grobzerkleinerung Magnetsortierung Wirbelstromsortierung FE- Metalle Fraktion > 8 mm Mauerwerkbruch Siebung NE-Metalle Fraktion < 8 mm mehrstufige Sortierung Sortenreine Fraktionen Quelle: Kohler, G.; Kurkowski, H.; Eden, W. Arbeitsentwurf SIM 2007. 15
Trennen oder Vermischen? Verwendung im ursprünglichen Produkt Definition von einzuhaltenden Qualitätsparametern Definition der Zugabemenge in Abhängigkeit von den verwendeten Primärrohstoffen und dem erzeugten Produkt Identifizierung von anderen Anwendungen anhand der Eigenschaftsprofile 16
Trennen oder Vermischen? Homogenes Vermischen: Integrierende Stoffkreisläufe nach Müller 2010 Rohstoffkomponente für ein anderes Produkt Ermittlung geeigneter Produkte anhand der chemischen Zusammensetzung Mindestvoraussetzungen: Aushalten von nicht-mineralischen Störstoffen durch Vorsortierung Erfüllung von Anforderungen an die chemische Zusammensetzung Keine sortenreine Rückgewinnung erforderlich Ursprüngliche Werkstoffeigenschaften spielen keine Rolle 17
Trennen oder Vermischen? Beispiel für einen integrierenden Stoffkreislauf: Mauerwerkbruch als Rohstoff für geblähte Leichtgranulate Rohmaterial Vorbehandlung Prallbrecher / Siebmaschine Mahlen Kugelmühle Blähmittel Mischen Mischen + Formen Pelletiermischer Thermische Behandlung Drehofen Produkt: Leichtgranulate Hamish John Applepy 18
Trennen oder Vermischen? Erreichter Bläheffekt 0 % SiC 1,8 g/cm³ 1 % SiC 0,99 g/cm³ 3 % SiC 0,62 g/cm³ Erreichte Vergleichmäßigung Dichteverteilung des Ausgangsmaterials Δ = 0,75 g/cm³ Dichteverteilung des Produkts Δ = 0,14 g/cm³ 19
Trennen oder Vermischen? Anwendungsgebiete Wärmedämmschüttungen oder -platten Leichte Gesteinskörnungen für Betonsteine oder -fertigteile, konstruktiver Leichtbeton Pflanzgranulate 20
These 4 Die Recyclingfabrik der Zukunft: Nutzung des Bauwerksbestands als Rohstoff- und Energiequelle 21
Bauwerksbestand als Rohstoff- und Energiequelle? Verwertungsgruppen der mineralischen Bestandteile Betonsplitt 41,2 kg/100 kg Betonsand 13,7 kg/100 kg 22 Ziegelsplitt 7,5 kg/100 kg KS-Splitt 6,4 kg/100 kg Sonstiges grob 6,3 kg/100 kg MW-Sand+ 50 % Sonstiges fein + Gips + Gals 16,2 kg/100 kg
Bauwerksbestand als Rohstoff- und Energiequelle? Stoffspezifischer Verwertungspfad (1) Betonsplitt 41,2 kg/100 kg Betonsand 13,7 kg/100 kg Produkt: Grobe rezyklierte Gesteinskörnungen 23 Ziegelsplitt 7,5 kg/100 kg KS-Splitt 6,4 kg/100 kg Sonstiges grob 6,3 kg/100 kg MW-Sand+ 50 % Sonstiges fein + Gips + Gals 16,2 kg/100 kg
Bauwerksbestand als Rohstoff- und Energiequelle? Stoffspezifischer Verwertungspfad (2) Betonsand 13,7 kg/100 kg 24 Ziegelsplitt 7,5 kg/100 kg KS-Splitt 6,4 kg/100 kg Sonstiges grob 6,3 kg/100 kg MW-Sand+ 50 % Sonstiges fein + Gips + Gals 16,2 kg/100 kg Produkt: Zierkies
Bauwerksbestand als Rohstoff- und Energiequelle? Verwertungspfad für Mauerwerkbruch als Gemisch KS-Splitt 6,4 kg/100 kg Sonstiges grob 6,3 kg/100 kg MW-Sand+ 50 % Sonstiges fein + Gips + Gals 16,2 kg/100 kg Holz und Kunststoffe tw. 2,4 kg/100 kg Betonsand 13,7 kg/100 kg Nutzung der organischen Bestandteile als Sekundärbrennstoff Produkte: Leichte Gesteinskörnungen und REA-Gips Hamish John Applepy 25
Bauwerksbestand als Rohstoff- und Energiequelle? Stoffspezifischer Verwertungspfad (3): Betonsand Betonsand 13,7 kg/100 kg KS-Splitt 6,4 kg/100 kg Sonstiges grob 6,3 kg/100 kg CO 2 -reduziertes Rauchgas Karbonatisierungsreaktor Rauchgas Befeuchtung und Abkühlung Produkt: Karbonatisierter Betonsand Hamish John Applepy Quelle: Seidemann, M. IBAUSIL Weimar, 2012 26
Bauwerksbestand als Rohstoff- und Energiequelle? Innovationregion Rheinischen Revier als Demonstrator und Impulsgeber Gleich- oder höherwertige Produkte Bauabfälle Bodenaushub Bauteile Quelle: Prof. S. Stürmer Hamish John Applepy 27
Zusammenfassung Ausreichend standfest und möglichst dauerhaft gegenwärtig in Bauwerken verbundene Materialien sind wenig kreislaufgerecht. In den nächsten Jahrzehnten muss die Kreislaufwirtschaft deshalb auf geeignete Rückbautechnologien und mehr noch intelligente Aufbereitungstechnologien setzen. Die Innovationsregion Rheinisches Revier kann hier Vorreiter sein - als Hersteller von hochwertigen Recycling-Baustoffen für die Baupraxis - als Scharnier zwischen technischer Entwicklung und praktischer Herstellung von innovativen Produkten - als Förderer der Anwendung von Recycling-Baustoffen und - als Vermittler von Kenntnissen zum Baustoffrecycling 28
24. Internationale IFF-Fachtagung
IAB-Baustoff-Forum ZIEGEL Entwicklungen. Trends. Perspektiven. 01. März 2018 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! a.mueller@iab-weimar.de