Gewinnung von Wertstoffen aus Bett- und Rostaschen aus der Abfallverbrennung
Charakterisierung von Bett- und Rostaschen aus der Abfallverbrennung
Bett- und Rostaschen aus der Abfallverbrennung, auch Bodenaschen genannt, enthalten noch relevante Mengen an rückgewinnbaren Wertstoffen wie Metalle, Glas und Mineralien (Lederer et al., 2022, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster). Letztere können, nach entsprechender Vorbehandlung, in der Bauindustrie eingesetzt werden. Um festzustellen, welche Mengen an diesen Materialien sich in verschiedenen Bett- und Rostaschen befinden, wurden Proben genommen und analysiert, wie dargestellt in Abbildung 1. Dabei wurde nach Bettaschen aus Wirbelschichtanlagen und Rostaschen aus Rostfeuerungsanlagen unterschieden. Die Proben wurden anschließend händisch charakterisiert und chemisch analysiert. Das Ergebnis zeigt deutliche Unterschiede zwischen den Aschen, vor allem nach Verbrennungstechnologie. So dürften sich etwa Bettaschen aus der Wirbelschicht sehr gut für das Glasrecycling eignen. In Rostaschen liegt das Glas in geringeren Anteilen sowie niedrigerer Qualität vor (Blasenbauer et al., 2023, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster).
Abbildung 1 zeigt typische Fraktionen aus MVA Bettaschen (FB-IBA - links) und Rostaschen (G-IBA - rechts) nach Blasenbauer et al. (2023)
Aufbereitung von MVA Bett- und Rostasche im Technikum
Um festzustellen, welche Mengen an Wertstoffen aus MVA Bett- und Rostaschen gewonnen werden können, führten Julia Mühl, Simon Hofer und ihre Kolleginnen und Kollegen verschiedene Versuche im Technikum durch.
Rückgewinnung von Glas aus einer MVA-Bettasche
In einem ersten Versuch wurden im Jahr 2021 Proben einer MVA-Bettasche genommen, charakterisiert, und die Glasbestandteile in der Probe mittels sensorgestützter Sortierung entfernt. Ziel war es, eine möglichst reine mineralische Restfraktion zu erhalten. Der Versuchsablauf nach Lederer, Feher und Skutan (2023), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, dargestellt in Abbildung 2, konnte erfolgreich umgesetzt werden, sodass nur mehr geringe Mengen an Glas sich in der mineralischen Fraktion befanden.
Abbildung 2 zeigt den Versuch zur Glasentfernung aus MVA-Bettaschen (Lederer, Feher und Skutan, 2023)
Weitergehende Entfernung von Glas, Metallen und Störstoffen aus MVA Bett- und Rostaschen
In einem weiteren Versuch wurden von Mühl et al. (2023), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster insgesamt 6 MVA Bettaschen (FB-IBA) und Rostaschen (G-IBA) aus Österreich in der Aufbereitungsanlage von Brantner Österreich GmbH in Hohenruppersdorf voraufbereitet und im Technikum nachaufbereitet. Ziel war es, zusätzliche Glas- und Metallfraktionen zu erzeugen, um die mineralische Restfraktion als industriell hergestellte Gesteinskörnung im Beton verwenden zu können. Der Versuch, dargestellt in Abbildung 3, war der erste seiner Art in Österreich, auch weil er mehr als die Hälfte der in Österreich anfallenden MVA Bett- und Rostaschen betrachtete. Die äußerst positiven Ergebnisse zeigten nicht nur, dass Glas und Metalle erfolgreich entfernt werden konnten, sondern auch, dass die mineralische Restfraktion als industrielle Gesteinskörnung im Beton geeignet ist, was auch Eingang in den aktuellen Bundes-Abfallwirtschaftsplan 2023, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (Teil 1, Kapitel 4.10, Seite 335ff.) fand.
Abbildung 3 Versuch zur weitergehenden Aufbereitung von MVA Bett- und Rostaschen (Mühl et al., 2023)
Umsetzung der Technikumsversuche
Viele wissenschaftliche Technikumsversuche werden nie umgesetzt, nicht so im CD-Labor für Recyclingbasierte Kreislaufwirtschaft. Der Versuchsaufbau nach Mühl et al. (2023), welcher maßgeblich von der Firma Brantner und dem Ingenieurbüro Stefan Skutan geplant wurde, wurde an der Aufbereitungsanlage in Hohenruppersdorf im Jahr 2021, unmittelbar nach den Versuchen, umgesetzt. Seit dem wurden an der Anlage 30 Aufbereitungskampagnen gefahren und vom CD-Labor wissenschaftlich begleitet. Nach Abschluss der Kampagnen werden die entsprechenden statistischen Auswertungen publiziert. Auch hier wieder, wie in Abbildung 4 dargestellt, großer Wert auf die repäsentative Probenahme gelegt.
Abbildung 4 Probenahme von MVA Bett- und Rostaschen auf der Brantner-Anlage
Recycling der gewonnenen Wertstoffe
Durch die Aufbereitung von MVA Bett- und Rostaschen entstehen grundsätzlich drei Arten von Wertstoffen, die sich für das Recycling eignen: Metalle, Glas, und Mineralik.
Recycling von Glas aus MVA Bettascheaufbereitung
Während die Metallfraktionen heute schon ins Recycling gehen, findet das für Glas in viel geringerem Ausmaß statt. Bei den Großaufbereitungsversuchen werden jedoch besonders aus Bettaschen Glasfraktionen mit einer Reinheit von je nach Asche 80-99% Glasanteil gewonnen. Durch weitere Aufbereitung soll der Glasanteil weiter erhöht und der Störstoffanteil weiter reduziert werden (siehe Abbildung 5).
Abbildung 5 Automatisiert sortierte Glasfraktion 8-16 mm aus MVA Bettaschen
Recycling der Mineralik als Gesteinskörnung im Beton
Die mineralische Fraktion wird charakterisiert, chemisch analysiert und bei Bedarf weiter aufbereitet, um die Grenzwerte zum Einsatz im Beton zu ermöglichen. Im Anschluss werden Betonrezepturen entwickelt und sowohl die Gesteinskörnungen, als auch die Betone, normgerecht geprüft (siehe Abbildung 6). Die ersten Ergebnisse zeigen, dass sich die aufbereiteten Bettaschen sehr gut für die Betonproduktion eignen (Lederer et al., 2024, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster).
Abbildung 6 Probewürfel aus Beton mit ca. 20% industriell hergestellter Gesteinskörnung aus MVA Bettaschen
Auswirkungen der MVA Bett- und Rostascheaufbereitung auf Recyclingraten
Welche Auswirkungen die MVA Bett- und Rostaschenaufbereitung auf Recyclingraten in Österreich hat, wurde von Lederer und Schuch (2024), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster mittels Materialflussanalyse modelliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die MVA Bett- und Rostaschenaufbereitung einen wichtigen Beitrag zu den Recyclingraten von Aluminium und Eisenverpackungen liefert. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass die Datenbasis zur Bestimmung der durch Aufbereitung rückgewonnenen Materialmengen leider noch unzureichend ist. Aus diesem Grund wird versucht, diese Datenbasis kontinuierlich zu verbessern, etwa durch Beprobung von Ascheaufbereitungsanlagen in Österreich.
Literatur
Blasenbauer, D., Huber, F., Mühl, J., Fellner, J., Lederer, J. (2023). Comparing the quantity and quality of glass, metals, and minerals present in waste incineration bottom ashes from a fluidized bed and a grate incinerator. Waste Management, 161, 142-155. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2023.02.021, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
Lederer, J., Bartl, A., Blasenbauer, D., Breslmayer, G., Gritsch, L., Hofer, S., Lipp, A.M., Mühl, J. (2022). A review of recent trends to increase the share of post-consumer packaging waste to recycling in europe. Detritus, 19, 3-17. DOI: https://doi.org/10.31025/2611-4135/2022.15198, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
Lederer, J., Feher, F., Skutan, S. (2024). Sensorgestützte VIS-Sortierung zur Charakterisierung und Glasentfernung von Müllverbrennungs-Bettaschen. Österreichische Wasser-und Abfallwirtschaft, 76(1), 51-62. https://doi.org/10.1007/s00506-023-01001-8, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
Lederer, J., & Schuch, D. (2024). The contribution of waste and bottom ash treatment to the circular economy of metal packaging: A case study from Austria. Resources, Conservation and Recycling, 203, 107461. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2024.107461, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
Lederer, J., Hron, J., Feher, F., Hofer, S., Mühl, J., Zeman, O., Bergmeister, K. (2024). Evaluation of standard concretes containing enhanced-treated fluidized-bed waste incineration bottom ash as manufactured aggregate. Case Studies in Construction Materials, 21(12), e03759. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03759, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
Mühl, J., Feher, F., Skutan, S., Stockinger, G., Lederer, J., 2022. Rost- oder Wirbelschichtfeuerung bei Abfallverbrennungsanlagen: Was ist aus Sicht der Kreislaufwirtschaft von MVA-Aschen zu bevorzugen? (Grate Furnace or Fluidized Bed in Municipal Solid Waste Incineration Plants: What to Prefer from the View of a Circular Economy of MSWI-Ashes?), In: Thiel, S., Thomé-Kozmiensky, E., Senk, D.G., Wotruba, H., Antrekowitsch, H., Pomberger, R. (Eds.), Mineralische Nebenprodukte und Abfälle, Band 9, 228–245. ISBN: 978-3-944310-58-9.
Mühl, J., Skutan, S., Stockinger, G., Blasenbauer, D., & Lederer, J. (2023). Glass recovery and production of manufactured aggregate from MSWI bottom ashes from fluidized bed and grate incineration by means of enhanced treatment. Waste Management, 168, 321-333. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2023.05.048, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster