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Energie- und CO2-Einsparungspotentiale
durch intelligente Nutzung speziell aufbereiteter Abfallströme
Tag der Fakultät26.11.2009
Prof. Dr.-Ing. Daniel GoldmannInstitut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik
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In hochindustrialisierten Ländern wie Deutschland fallen Jahr für Jahr große Mengen an Abfall an
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12,4%
12,5%
9,5%
61,7%
3,9%
Siedlungsabfälle inkl. SLF
Bergematerial
Produktion
Bauschutt
Sonderabfälle
Kategorisierung von Abfallströmen aus EntsorgungssichtAbfallaufkommen Deutschland gesamt 354 Mio. t/a
Stand: 2001, Quelle Statistisches Bundesamt 2003
gerade zur Kategorie Siedlungsabfällen bzw. „Siedlungsabfall-ähnliche Abfälle“ zählen eine Reihe von Stoffströmen,
deren Wertpotential noch nicht gehoben ist.
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aktuelle Schätzungen (2009) gehen davon, dass auf den Deponien in Deutschland
mehrere hundert Millionen t Kunststoffe und organische Abfälleliegen, mit einem (gewinnbaren) Energieinhalt von rund 1.500 Terrawattstunden(entspr. etwa 58 % des deutschen Gesamt-(Primär) Energieverbrauchs für 1 Jahr)
sowie Metallinhalte von etwa
- 26 Mio. t Eisenschrott
- 850.000 t Kupferschrott
- 500.000 t Aluminiumschrott
Quelle: EUWID 03.02.09 / Rettenberger
Auch auf Deponien schlummert ein gewaltiges Rohstoff-Potential
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Substitution primärer Rohstoffeim Wirtschaftskreislauf aus Abfall-abgeleiteten Fraktionen
Geeignete Absatzkanäle im Hinblick auf - maximale Nutzung von Materialeigenschaften- Qualitätsanforderungen und Prozessstabilität gegen Schwankungen
- Aufnahmekapazität
Optimale Dimensionierung und Lokalisierungder Glieder der Verwertungskette im Hinblick auf
- Anfall von Materialströmen in der Prozesskette- Anforderungen der finalen Abnehmer
Anpassbar und erweiterbar an / auf- ähnliche Stoffströme- sich ändernde Marktanforderungen - verschiedene Märkte
Voraussetzungen für eine effiziente Rückführung von Sekundärrohstoffen in den Markt
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robuste trockenmechanischeProzesse
sensiblere trocken- und nassmechanische Prozesse
chemische und metallurgische Prozesse
Variabilität Verwertungs-der Prozesseingangs-Ströme optionen
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energetisch
rohstofflich
werkstofflich
Grundsätzliche Erwägungen zur Aufbereitungstiefe und zur Qualität/Einsetzbarkeit verwertbarer Fraktionen
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Primärenergiebedarf und Heizwert verschiedener Kunststoffe
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20
40
60
80
100
120
140
160
PA 6
.6
PMM
A
PC ABS PS EPS PE
PE-H
D PP PVC
Ener
gie
[MJ/
kg]
Primärenergiebedarf
Unterer Heizwert
Die Differenz zwischen Primärenergiebedarf für die Erzeugung eines Kunststoffs und dessen unterem Heizwert ist (abzüglich Prozessaufwendungen !) ein Maß für die maximale Energie-
einsparung, die im Vergleich stofflicher zu energetischer Verwertung erzielt werden kann
Massenkunststoffe
Differenzierte Bewertung nutzbarer Materialeigenschaften am Beispiel von Kunststoffen
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Aufbau mehrstufiger komplexer Behandlungsnetzezur Erzeugung hinreichend großer, hinreichend sicherer Produktionskapazitäten für Sekundärrohstoffe
Sammeln undVorbehandeln
Aufbereitungs-Ebene 1
Aufbereitungs-ebene 2
Verwertung
Abfall A Abfall B Abfall C Abfall D
Betrachtungvom Abfall her
Betrachtungvon Stoffgruppen und Schadstoffrisiken her
Betrachtung von Wert- und Störstoffen her
Betrachtungvon den
Absatzkanälen her
Sekundärrohstoff-Nutzer U, V, W, X, Y, Z
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Beispiel: Behandlungspyramide für Altfahrzeuge
Demontagebetriebe
Shredder
Shredder-RückstandsAufbereitungs-Anlagen
Abnehmer Sekundärrohstoffe
Letztbesitzer
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Stahl-Schrott Shredder-Schwerfraktion Shredder-Leichtfraktion
Durchschnittlicher Anteil vom Input:70 – 75 % 3 – 8 % 20 – 25 %
Altfahrzeugverwertung Ebene 2: Der Shredder-Prozess und dabei erzeugten Fraktionen35 zertifizierte Shredder, Zerdiratoren, Kondiratoren und Schrottmühlen in Deutschland
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Hartkunststoffe
Holz, Pappe, Papier
Sand
Schaumstoff
Textilien
Rost GlasBeton
Aktuelle Durchschnittsprobe: Hauptbestandteile Standard-Mix• Hartkunststoffe, Gummi 28 %• Schaumstoffe, Textilien, Holz, Pappe, Papier 16 %• Glas, Keramik, Mineralstoffe 39 %• Eisen, Stahl, Rost 13 %• NE-Metalle (Al, Cu, Pb, Zn) 4 %
Eisen, Stahl, NE-Metalle
Gummi
Hauptbestandteile und Durchschnittszusammensetzung der Shredder-Rückstände Anfall: 450.000 – 600.000 t/a in Deutschland
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Shreddern undAufbereitung
der Schwerfraktion
Schadstoff-entfrachtung und
Demontage
Shredder-Rückstands-Aufbereitung imVW-SiCon-Prozess
SchadstoffeErsatzteile
Kernschrott
Fe-Schrott
Shredder-Flusen
Shredder-Granulat
Shredder-Sand
NE-Metalle Beseitigung
PVC-Fraktion
NE-Metalle
Altfahrzeugverwertung: Erweiterung der Behandlungspyramideum Ebene 3: Shredder-Rückstands-Aufbereitung (SRA)
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Shredder
DemonteureEntfrachtungEntfrachtungVorsortierung
E-Schrott-Aufb.Aufbereitung
Agglomeration Roh-Granulat
weiße Ware
SRA*
Erweiterung der Behandlungspyramide zum Behandlungsnetz für Altfahrzeuge, Elektroaltgeräteund Verpackungskunststoffe
* Shredder-Rückstands-Aufbereitung
Granulat
Agglomerat
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Hochofen Klärschlamm-entwässerung
NE-Metallhütten, Baustoffe
Fe NE Roh-Granulat Roh-Flusen Roh-Sand
Hauptprozess der SR-Aufbereitung
Granulat Flusen Sand Rest
kundenspezifische Veredelungsstufen
PVC-Produktion
Beseitigung
Shredder-Rückstände
PVC-Konz.Metalle
Behandlungsebene 3: Shredder-Rückstands-Aufbereitungnach dem Volkswagen-SiCon-Verfahren (Stufe 1)
Einengung der stofflichen Bandbreite durch Separation in Teilfraktionenin einer ersten Separationsstufe mittels robuster trockenmechanischer Prozesse:Der Hauptprozess der SR-Aufbereitung
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Roh-Granulat Roh-Flusen Roh-Sand
- Hartkunststoffe - Schaumstoffe - Glas, Keramik- Gummi - Textilien - Mineralstoffe- PVC - Holz, Pappe, Papier - Rost, NE-Metalle (fein)
Die Hauptfraktionen des SR-Hauptprozesses
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Shredder-Granulat - Hochofen (Einsatz als Reduktionsmittel) + + +
- Vergasung plus Fischer-Tropsch-Synthese + !(CHOREN)
- Vergasung plus Methanol-Synthese (SVZ) o
Shredder- Sand - Schachtöfen der Sekundär Cu- Metallurgie +
- Bergeversatz +- Baustoff/Bauzuschlagstoff + Metallurgie + !
(nach weiterer Aufbereitung)
Shredder- Flusen - Klärschlamm-Konditionierungsanlagen + + +(Einsatz als Entwässerungsmittel)
- Metallurgie (Einsatz als Sek.-Reduktionsmittel) + +
- Vergasungsanlagen (zur Erzeugung H2-reichen + !Synthesegases)
(Einsatz als Metallträger und Schlackenbildner)
Die Evaluierung von Verwertungswegen für die Hauptfraktionen des SR-Hauptprozesses
Ermittlung und Bewertung geeigneter Absatzkanäle zur Energie-effizienten Verwertung
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Hochofen Klärschlamm-entwässerung
NE-Metallhütten, Baustoffe
Fe NE Roh-Granulat Roh-Flusen Roh-Sand
Hauptprozess der SR-Aufbereitung
Granulat Flusen Sand Rest
kundenspezifische Veredelungsstufen
PVC-Produktion
Beseitigung
Shredder-Rückstände
PVC-Konz.Metalle
Zielgerichtete weiterführende Aufbereitung von Teilfraktionen des SR-Hauptprozessesmittels sensiblerer trocken- und nassmechanischer Prozesse:Die kundenspezifischen Veredelungsstufen der SR-Aufbereitung
Behandlungsebene 3: Shredder-Rückstands-Aufbereitungnach dem Volkswagen-SiCon-Verfahren (Stufe 2)
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FeOnEisenoxide
CKoks
geschlossenes Gassystem
CO CO2 H2 H2O
N2
2-stufige Gasreinigung
Trocken- und Nassentstaubung
Gasverwertung
Verdichter undRegenerator
O2 N2
FeRoheisen
Schlacke
In der Hochtemperaturzone werden die Altkunststoffe zu CO und H2 umgesetzt:
2C + 2H + O2 = 2CO + H2
Im Hochofenprozess erfolgt durch eine chemische Reaktion von CO und H2 mit den Eisenoxiden die Schmelzreduktion:
Fe2O3 + 2CO + H2 = 2Fe + 2CO2 + H2O
Quelle: Voestalpine Stahl GmbH
CxHy
Altkunst-stoffe
Besondere Produkteigenschaften• hohes Reduktionspotential• ideales C-H-N-Verhältnis• Schlackekomposition basisch• geringe Konzentration an
Prozess-, Produkt- und Emissionsstörstoffen• optimales Kornband f. Vergasung (1 – 10 mm)• optimales Kornband für Dichtstoffförderung
Die Nutzung von speziell aufbereiteten gemischten Massen-kunststoffen als Reduktionsmittel im Hochofenprozess
Im Hochofen wird ein Höchstmaßan Energieausnutzung erzielt !
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Zielspezifikation Shredder-Granulat, veredelt
Charakterist ik Hauptparameter Grenzw erte Störstof feunterer Heizw ert (MJ/kg) Roheisenerzeugung Schw ankungsbereich 30 - 35 Cl (Gew . % ) < 1 ,2 Durchschnit tsw ert 32 ,5 Na2O (mg/kg) < 1000A schegehalt (Gew .% ) < 10 K2O (mg/kg) < 500Restfeuchte (Gew .% ) < 1 Zn (mg/kg) < 500
Pb (mg/kg) < 100
Durchschnit tsw erte StahlerzeugungGlühverlust (Gew .% ) 91 ,0 C (Gew .% ) 73 ,5 S (Gew .% ) < 0 ,2 H (Gew .% ) 9 ,0 P2O5 (mg/kg) < 500 N (Gew .% ) 2 ,2 Cu (mg/kg) < 100 O (Gew .% ) 4 ,5 Cr (mg/kg) < 50 Sonst ige (Gew .% ) 1 ,8 Ni (mg/kg) < 30Glührückstand (Gew .% ) 9 ,0 V (mg/kg) < 30
Mo (mg/kg) < 10A schezusammensetzung CaO (Gew .% ) 35 ,5 SiO2 (Gew .% ) 30 ,6 MgO (Gew .% ) 8 ,5 TiO2 (Gew .% ) 7 ,2 A l2O3 (Gew .% ) 6 ,2 Fe2O3 (Gew .% ) 2 ,9 Sonst ige (Gew .% ) 9 ,1
Die chemische Garantie-Spezifikation des veredelten Granulats für den Einsatz im Hochofenprozess
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Die Veredelung des Roh-Granulats für den Einsatz als Reduktionsmittel im Hochofen
Reduktion des Cl-Gehalts/Abtrennung von PVC• Reduktion des Gehalts an S, Zn, Cu und Pb
Maßnahmen:• Oberflächenreinigung (Abtrennung anhaftender
Pb- und Zn-haltiger Stäube)• Dichtetrennung (Abtrennung PVC, Reifengummi
restliche Cu-Litzen)G
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efra
ktio
n %
mittlere Dichte der jeweiligen Dichtefraktion (g/cm³)1,00,9 1,1 1,2 1,3
5
10
PP
Dichtebereiche der verschiedenen Kunststoffsorten
PP/PE ABS//SAN/PS/PPT20/
ElastomerePU-Schaum
PA6//PA6.6ASA/PCABS/PCPPT30Elastomere
PU// PMMA// TPE//PC/PBTPC/PET// PCElastomere
PVC//PET//GF-Typen
(1)
Elasto-mere/PE
1,24 g/cm³
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Einblasanlage für 220.000 t/a Kunststoff in Linz (im Betrieb seit Mitte 2006)Quelle: Voestalpine Stahl GmbH
Die Umsetzung der Kunststoff-Einblasanlage bei der Voestalpine Stahl GmbH
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Deponie
RVL
voestalpine HO ASchweröl Kunststoff Restmüll
- 0,8 + 1,0
- 1,0 + 3,1
- 3,1
CO2 Äquivalente
- 7,25
- 6,5
- 0,75
0
WAV
- 0,8 Reduktionspotential
Rohstoffe CO2 äqu.
Angaben in [t] Angaben in [t]
Quelle: Schriftenreihe BMUJF 19/1999, Beiträge zum Klimaschutz durch nachhaltige Restmüllbehandlung
Reduktionspotential für CO2 und Rohstoffe durch differenzierte Aufbereitung, Vernetzung von Behandlungs- und Verwertungs-strukturen und zielgerichteten Einsatz von Sekundärrohstoffen
Substitution von Schweröl durch Altkunststoff
Erhöhung der Durchsatzleistung der MVAdurch gezieltes Ausschleusen einer heizwertreichen Fraktion
Reduktion der zu deponierender Sekundär-Energieträger enthaltenden Abfallmenge
Quelle: Voestalpine Stahl GmbH
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für Ihre Aufmerksamkeit !