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© Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie GmbH (4/2024)
Eine präzise Erkennung von Fremdstoffen im Bioabfall ist entscheidend, um die Qualität der Eingangsmaterialien in Behandlungsanlagen zu optimieren. Mit der jüngsten Überarbeitung der Bioabfallverordnung wurden klare Grenzwerte für Fremdstoffe festgelegt, die von Entsorgern eingehalten werden müssen.
© Witzenhausen-Institut für Abfall, Umwelt und Energie GmbH (4/2024)
Eine präzise Erkennung von Fremdstoffen im Bioabfall ist entscheidend, um die Qualität der Eingangsmaterialien in Behandlungsanlagen zu optimieren. Mit der jüngsten Überarbeitung der Bioabfallverordnung wurden klare Grenzwerte für Fremdstoffe festgelegt, die von Entsorgern eingehalten werden müssen.
Mineralische Reststoffe und Nebenprodukte als Bestandteile reaktiver
Bindemittelkomponenten
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Aktuell fallen bei der Stahlerzeugung im integrierten Hüttenwerk diverse Hüttenreststoffe mit fehlender Verwertungsmöglichkeit an. In diesem Beitrag wird die stoffliche Aufwertung dieser Hüttenreststoffe sowie brikettierter künstlicher Mineralfasern zu hüttensandähnlichen Bindemittelkomponenten für die Baustoffindustrie behandelt. Die nach im Vorfeld bestimmten Qualitätsmerkmalen unter Zugabe von Korrekturstoffen thermisch behandelten, glasig erstarrten und fein vermahlenen Materiale zeigen in entsprechenden Prüfverfahren hohe hydraulische Reaktivität (Aktivitätsindex bis > 100 % nach 28 Tagen). Der hohe Glasgehalt und die optimierten chemischen Parameter der aufbereiteten Stoffe wurden als maßgeblich für diese hohe Reaktivität identifiziert. Die Erkenntnisse zeigen die bisher ungenutzte Möglichkeit des Upcyclings von (Hütten)Reststoffen zu reaktiven Bindemitteln für die Baustoffkreislaufwirtschaft auf.
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Aktuell fallen bei der Stahlerzeugung im integrierten Hüttenwerk diverse Hüttenreststoffe mit fehlender Verwertungsmöglichkeit an. In diesem Beitrag wird die stoffliche Aufwertung dieser Hüttenreststoffe sowie brikettierter künstlicher Mineralfasern zu hüttensandähnlichen Bindemittelkomponenten für die Baustoffindustrie behandelt. Die nach im Vorfeld bestimmten Qualitätsmerkmalen unter Zugabe von Korrekturstoffen thermisch behandelten, glasig erstarrten und fein vermahlenen Materiale zeigen in entsprechenden Prüfverfahren hohe hydraulische Reaktivität (Aktivitätsindex bis > 100 % nach 28 Tagen). Der hohe Glasgehalt und die optimierten chemischen Parameter der aufbereiteten Stoffe wurden als maßgeblich für diese hohe Reaktivität identifiziert. Die Erkenntnisse zeigen die bisher ungenutzte Möglichkeit des Upcyclings von (Hütten)Reststoffen zu reaktiven Bindemitteln für die Baustoffkreislaufwirtschaft auf.
Aufbereitungstechnische Charakterisierung von Reststoffen der
Stahlwerksindustrie
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Die Stahl- und Walzwerk Marienhütte GmbH mit dem Standort inmitten von Graz ist ein traditionsreiches Unternehmen, welches Betonstahl produziert und hierfür 100 % Schrott einsetzt. Dieser Schrott wird in einem Elektrolichtbogenofen erschmolzen, metallurgisch nachbearbeitet und als Rohstahl zu sogenannten Knüppeln vergossen und im Walzwerk weiterverarbeitet. Die Marienhütte ist mit einer Jahresproduktion von rund 400.000 Tonnen Betonstahl auch eines der größten Recyclingunternehmen Österreichs.
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Die Stahl- und Walzwerk Marienhütte GmbH mit dem Standort inmitten von Graz ist ein traditionsreiches Unternehmen, welches Betonstahl produziert und hierfür 100 % Schrott einsetzt. Dieser Schrott wird in einem Elektrolichtbogenofen erschmolzen, metallurgisch nachbearbeitet und als Rohstahl zu sogenannten Knüppeln vergossen und im Walzwerk weiterverarbeitet. Die Marienhütte ist mit einer Jahresproduktion von rund 400.000 Tonnen Betonstahl auch eines der größten Recyclingunternehmen Österreichs.
SORT FLUID – Entwicklung und Einsatzmöglichkeiten eines trockenen Dichtesortierverfahrens
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes konnte die Umsetzung eines trockenen Schwimm-Sink-Sortierverfahrens zur Aufbereitung metallhaltiger Reststoffe, beginnend vom Labormaßstab über den Funktionsprototyp hin zur Serienmaschine erfolgreich bewerkstelligt werden. Dabei hat sich das Verfahren vor allem für Nichteisenmetallfraktionen im Partikelgrößenbereich 4-70 mm zur Sortierung in Schwer- und Leichtmetalle als besonders geeignet herausgestellt und verkörpert damit eine geeignete Ergänzung zu etablierten Sortierverfahren. Neben der Beschreibung der Ausgangssituation und Motivation werden der Entwicklungsprozess sowie Einsatzgebiete aus der Praxis näher erläutert.
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes konnte die Umsetzung eines trockenen Schwimm-Sink-Sortierverfahrens zur Aufbereitung metallhaltiger Reststoffe, beginnend vom Labormaßstab über den Funktionsprototyp hin zur Serienmaschine erfolgreich bewerkstelligt werden. Dabei hat sich das Verfahren vor allem für Nichteisenmetallfraktionen im Partikelgrößenbereich 4-70 mm zur Sortierung in Schwer- und Leichtmetalle als besonders geeignet herausgestellt und verkörpert damit eine geeignete Ergänzung zu etablierten Sortierverfahren. Neben der Beschreibung der Ausgangssituation und Motivation werden der Entwicklungsprozess sowie Einsatzgebiete aus der Praxis näher erläutert.
Digitale Materialstromcharakterisierung und Data Alignment in mechanischen Abfallbehandlungsanlagen
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Schwankungen in der Zusammensetzung des Inputmaterials und ungleichmäßige Beschickung der Anlage haben eine signifikante Auswirkung auf die Effizienz und Effektivität einer Abfallbehandlungsanlage und somit auf Durchsätze, Energieverbräuche und die Qualität der Outputströme (Curtis et al. 2021, Feil et al. 2019, Küppers et al. 2020). Solche Schwankungen stellen im Bereich fester gemischter Abfälle aber den Normalfall dar (Khodier et al. 2020). Entsprechend erstrebenswert ist es, dass Anlagen dynamisch und autonom auf Abfallzusammensetzungen reagieren, um stets am Optimum betrieben zu werden (Khodier et al. 2019).
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2022)
Schwankungen in der Zusammensetzung des Inputmaterials und ungleichmäßige Beschickung der Anlage haben eine signifikante Auswirkung auf die Effizienz und Effektivität einer Abfallbehandlungsanlage und somit auf Durchsätze, Energieverbräuche und die Qualität der Outputströme (Curtis et al. 2021, Feil et al. 2019, Küppers et al. 2020). Solche Schwankungen stellen im Bereich fester gemischter Abfälle aber den Normalfall dar (Khodier et al. 2020). Entsprechend erstrebenswert ist es, dass Anlagen dynamisch und autonom auf Abfallzusammensetzungen reagieren, um stets am Optimum betrieben zu werden (Khodier et al. 2019).
Einfluss von Durchsatz und Inputzusammensetzung auf die sensorgestützte Sortierung
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Die sensorgestützte Sortierung trägt maßgeblich zum Recycling von Kunststoffen bei. Diese Technologie wird sowohl in der Vorsortierung von Abfallströmen, zur Gewinnung von Zwischenprodukten, als auch in der Flakesortierung zur Sicherstellung geforderter Qualitäten für das Recycling von Kunststoffen eingesetzt. Die Performance der hierzu eingesetzten Aggregate ist abhängig vom Durchsatz und der Materialzusammensetzung des zu sortierenden Stoffstroms. Diese beiden Faktoren können (temporär) von vorgeschalteten Aufbereitungs- und Sortieraggregaten positiv und auch negativ beeinflusst werden. Die vorliegende Ausarbeitung gibt einen Überblick über die Ergebnisse bislang durchgeführter Forschungen, sodass quantitative Aussagen bezüglich der Performance von sensorgestützten Sortierern in Abhängigkeit der genannten Faktoren ermöglicht werden. Da sowohl der Durchsatz wie auch die Materialzusammensetzung eines Stoffstroms Schwankungen unterworfen sind, wird die Bedeutung von Schwankungen wie auch ein Ansatz zu deren Quantifizierung diskutiert. Basierend auf diesen Betrachtungen wird das Potential der Stoffstromüberwachung zur Optimierung von Aufbereitungs- und Sortieranlagen diskutiert.
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Die sensorgestützte Sortierung trägt maßgeblich zum Recycling von Kunststoffen bei. Diese Technologie wird sowohl in der Vorsortierung von Abfallströmen, zur Gewinnung von Zwischenprodukten, als auch in der Flakesortierung zur Sicherstellung geforderter Qualitäten für das Recycling von Kunststoffen eingesetzt. Die Performance der hierzu eingesetzten Aggregate ist abhängig vom Durchsatz und der Materialzusammensetzung des zu sortierenden Stoffstroms. Diese beiden Faktoren können (temporär) von vorgeschalteten Aufbereitungs- und Sortieraggregaten positiv und auch negativ beeinflusst werden. Die vorliegende Ausarbeitung gibt einen Überblick über die Ergebnisse bislang durchgeführter Forschungen, sodass quantitative Aussagen bezüglich der Performance von sensorgestützten Sortierern in Abhängigkeit der genannten Faktoren ermöglicht werden. Da sowohl der Durchsatz wie auch die Materialzusammensetzung eines Stoffstroms Schwankungen unterworfen sind, wird die Bedeutung von Schwankungen wie auch ein Ansatz zu deren Quantifizierung diskutiert. Basierend auf diesen Betrachtungen wird das Potential der Stoffstromüberwachung zur Optimierung von Aufbereitungs- und Sortieranlagen diskutiert.
Charakterisierung von Partikeln gemischten Gewerbeabfalls über Partikeldeskriptoren zur sensorischen Messung der Korngröße
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Die Echtzeitsteuerung von Korngrößenverteilungen von grob zerkleinerten festen gemischten Abfällen bietet großes Potenzial zur Optimierung von Outputströmen mechanischer Abfallaufbereitungsanlagen. Hierbei ist neben geeigneter Aktorik – welche es beispielsweise ermöglicht den Schnittspalt eines Zerkleinerungsaggregates zu verstellen – auch eine Echtzeitmesstechnik für die Korngrößenverteilung notwendig. Der vorliegende Beitrag zeigt Möglichkeiten, vereinzelte Partikel basierend auf Partikeldeskriptoren, welche aus einem zweidimensionalen Bild berechnet wurden, über Regressionsmodelle in ihre tatsächliche Kornklasse einzustufen und deren Ergebnisse.
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Die Echtzeitsteuerung von Korngrößenverteilungen von grob zerkleinerten festen gemischten Abfällen bietet großes Potenzial zur Optimierung von Outputströmen mechanischer Abfallaufbereitungsanlagen. Hierbei ist neben geeigneter Aktorik – welche es beispielsweise ermöglicht den Schnittspalt eines Zerkleinerungsaggregates zu verstellen – auch eine Echtzeitmesstechnik für die Korngrößenverteilung notwendig. Der vorliegende Beitrag zeigt Möglichkeiten, vereinzelte Partikel basierend auf Partikeldeskriptoren, welche aus einem zweidimensionalen Bild berechnet wurden, über Regressionsmodelle in ihre tatsächliche Kornklasse einzustufen und deren Ergebnisse.
Entwicklung einer Methodik zur Wertstoffgehaltsbestimmung von feinkörnigen Abfällen
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Im Forschungs- und Entwicklungsprojekt PROBE soll eine Methode zur Metallgehaltsbestimmung feinkörniger Abfallströme mit Hilfe eines bildauswertenden Verfahrens entwickelt werden. Auf der Basis von RGB-Farbbildern sind Partikel anhand von Farbwerten und Formfaktoren in verschiedene Materialklassen zu klassifizieren und mittels in einer Datenbank hinterlegten Flächengewichten zu massenbezogenen, stofflichen Zusammensetzungen zu aggregieren. Für die Klassifizierung werden zwei verschiedene Machine Learning Ansätze getestet. Das Training der Machine Learning Modelle erfordert gelabelte Trainingsdaten, d.h. einen Datensatz aus Farbbildern der Partikel mit zugehöriger Materialklasse. Dazu werden Referenzmaterialien in mehrere Materialklassen sortiert und partikelweise erfasst (RGB-Farbbild inkl. Partikelgewicht). Erste Untersuchungen zeigen einen starken subjektiven Einfluss des Sortierenden auf das Ergebnis der Handsortierung. Durch ein mehrstufiges Sortierverfahren mit eingebauter Qualitätskontrolle sowie angepasstem Sortierkatalog kann der subjektive Einfluss bei Handsortierungen reduziert und die Erstellung von Trainingsdatensätzen in hoher Qualität ermöglicht werden.
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Im Forschungs- und Entwicklungsprojekt PROBE soll eine Methode zur Metallgehaltsbestimmung feinkörniger Abfallströme mit Hilfe eines bildauswertenden Verfahrens entwickelt werden. Auf der Basis von RGB-Farbbildern sind Partikel anhand von Farbwerten und Formfaktoren in verschiedene Materialklassen zu klassifizieren und mittels in einer Datenbank hinterlegten Flächengewichten zu massenbezogenen, stofflichen Zusammensetzungen zu aggregieren. Für die Klassifizierung werden zwei verschiedene Machine Learning Ansätze getestet. Das Training der Machine Learning Modelle erfordert gelabelte Trainingsdaten, d.h. einen Datensatz aus Farbbildern der Partikel mit zugehöriger Materialklasse. Dazu werden Referenzmaterialien in mehrere Materialklassen sortiert und partikelweise erfasst (RGB-Farbbild inkl. Partikelgewicht). Erste Untersuchungen zeigen einen starken subjektiven Einfluss des Sortierenden auf das Ergebnis der Handsortierung. Durch ein mehrstufiges Sortierverfahren mit eingebauter Qualitätskontrolle sowie angepasstem Sortierkatalog kann der subjektive Einfluss bei Handsortierungen reduziert und die Erstellung von Trainingsdatensätzen in hoher Qualität ermöglicht werden.
Aktives Vorbeugen von Bränden durch beschädigte Akkus in der Ersatzbrennstoffproduktion mit dem Lindner Feuer-Präventionssystem
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Eines der aktuellsten Probleme in der Aufbereitung von Abfällen zu Ersatzbrennstoffen (EBS) ist das hohe Brandrisiko, größtenteils bedingt durch die ständig steigende Anzahl an Lithiumbatterien im Restmüll. Werden diese beschädigt, kann eine chemische Reaktion in Gang gesetzt werden, welche zu enorm hohen Temperaturen führt. Dieser Umstand kann einerseits zu schweren Beschädigungen der Anlage und schlimmstenfalls zu einem Großbrand führen. Um diese Gefahrenquellen zu minimieren, erkennt das Lindner FPS (Feuer-Präventionssystem) überhitzte Partikel im Materialstrom, kühlt diese auf ein ungefährliches Niveau oder ermöglicht die sichere manuelle Entnahme von nicht kühlbaren Objekten.
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Eines der aktuellsten Probleme in der Aufbereitung von Abfällen zu Ersatzbrennstoffen (EBS) ist das hohe Brandrisiko, größtenteils bedingt durch die ständig steigende Anzahl an Lithiumbatterien im Restmüll. Werden diese beschädigt, kann eine chemische Reaktion in Gang gesetzt werden, welche zu enorm hohen Temperaturen führt. Dieser Umstand kann einerseits zu schweren Beschädigungen der Anlage und schlimmstenfalls zu einem Großbrand führen. Um diese Gefahrenquellen zu minimieren, erkennt das Lindner FPS (Feuer-Präventionssystem) überhitzte Partikel im Materialstrom, kühlt diese auf ein ungefährliches Niveau oder ermöglicht die sichere manuelle Entnahme von nicht kühlbaren Objekten.
Untersuchungen zur mechanischen Entschichtung von Elektroden aus Lithium-Ionen-Altbatterien
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Der weltweite zunehmende Einsatz von LIB führt auch zu einer steigenden Menge von Produktions- und Konsumptionsrückständen, die unter Berücksichtigung der ökologischen und wirtschaftlichen Nachhaltigkeit entsorgt werden müssen. Idealerweise werden die Materialien aus den Neuschrotten oder Altbatterien in die Produktion neuer Batterien zurückgeführt. LIBs enthalten werthaltige Metalle, wie Aluminium, Eisen, Kupfer, Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan. Diese Metalle, ausgenommen Eisen, bilden hauptsächlich die Stromleiterfolien und Beschichtungen der Elektroden. Aktuell werden Lithium-Ionen-Batterien industriell in Recyclingverfahren behandelt, die auf energie- und kostenintensiven pyrometallurgischen oder hydrometallurgischen Prozessen mit begrenzten Kapazitäten, niedrigen Recyclingraten und einer wirtschaftlichen Abhängigkeit von Kobalt und Nickel als Kathodenmaterialien basieren. Bei diesen Prozessen werden vornehmlich Kobalt, Nickel und Kupfer zurückgewonnen, wohingegen Lithium, Aluminium und Mangan in der Schlacke verbleiben und durch Verfüllung verwertet werden. In Zukunft wird angestrebt, die gesetzliche Recyclingeffizienz von 50 Masseprozent zu erhöhen, und speziell die Kathodenbeschichtungsmaterialien aus Produktionsrückständen direkt für neue Batterieanwendungen wiederzuverwenden (Werner et al. 2020).
© Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft der Montanuniversität Leoben (11/2020)
Der weltweite zunehmende Einsatz von LIB führt auch zu einer steigenden Menge von Produktions- und Konsumptionsrückständen, die unter Berücksichtigung der ökologischen und wirtschaftlichen Nachhaltigkeit entsorgt werden müssen. Idealerweise werden die Materialien aus den Neuschrotten oder Altbatterien in die Produktion neuer Batterien zurückgeführt. LIBs enthalten werthaltige Metalle, wie Aluminium, Eisen, Kupfer, Lithium, Kobalt, Nickel und Mangan. Diese Metalle, ausgenommen Eisen, bilden hauptsächlich die Stromleiterfolien und Beschichtungen der Elektroden. Aktuell werden Lithium-Ionen-Batterien industriell in Recyclingverfahren behandelt, die auf energie- und kostenintensiven pyrometallurgischen oder hydrometallurgischen Prozessen mit begrenzten Kapazitäten, niedrigen Recyclingraten und einer wirtschaftlichen Abhängigkeit von Kobalt und Nickel als Kathodenmaterialien basieren. Bei diesen Prozessen werden vornehmlich Kobalt, Nickel und Kupfer zurückgewonnen, wohingegen Lithium, Aluminium und Mangan in der Schlacke verbleiben und durch Verfüllung verwertet werden. In Zukunft wird angestrebt, die gesetzliche Recyclingeffizienz von 50 Masseprozent zu erhöhen, und speziell die Kathodenbeschichtungsmaterialien aus Produktionsrückständen direkt für neue Batterieanwendungen wiederzuverwenden (Werner et al. 2020).
