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50. Jahrgang Mai 2018 Seite 217 – 280

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Fachzeitschrift für Abfallund Ressourcenwirtschaft

POP-AbfallÜberwachungs-Verordnung Praxiskommentar Von Dr. jur. Olaf Kropp 2018, 192 Seiten, € (D) 36,–, ISBN 978-3-503-17697-7 Abfallwirtschaft in Forschung und Praxis, Band 145

Online informieren und bestellen: www.ESV.info/17697

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17 04 2018 09 55 56

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EDITORIAL

Die Kreislaufwirtschaft – I­ ntegraler Bestandteil eines nachhaltigen ­Umgangs mit Kunststoffen Kunststoffe weisen ein ambivalentes Erscheinungsbild auf. Auf der einen Seite sind Kunststoffe vielfältig einsetzbare Werkstoffe, die in vielen Anwendungsgebieten ökologische Vorteile aufweisen oder gar unverzichtbar sind. Produkte der modernen Medizintechnik, funktionale Verpackungen für Lebensmittel oder Rotorblätter aus faserverstärkten Kunststoffen in Windenergieanlagen stellen nur wenige Beispiele dar. Auf der anderen Seite können der Gebrauch oder die unsachgemäße Entsorgung von Kunststoffen erhebliche Gefährdungen für Umwelt und Gesundheit verursachen. So hat beispielsweise die Belastung der Ozeane mit „Marine Litter“, welcher zum größten Teil aus Kunststoffpartikeln unterschiedlicher Größenordnung besteht, mittlerweile zu einem Umweltproblem globalen Ausmaßes geführt. Um es klar zu benennen: die negativen Umwelteinflüsse liegen weniger in den Materialeigenschaften der Kunststoffe sondern vielmehr in einem mangelhaften Management und einem oft zu sorglosen Umgang begründet. Das Potenzial zur Reduktion der Umwelt- und Gesundheitsgefahren besteht entlang der gesamten Wertschöpfungskette: angefangen bei einer ressourcenschonenden Polymerproduktion unter Einsatz von Kunststoffrezyklaten, einem ökologischen Design und einem nachhaltigen, abfallvermeidenden Konsum kunststoffhaltiger Produkte bis hin zur flächendeckenden Erfassung und hochwertigen Verwertung von Kunststoffabfällen. Einen solchen lebenszyklusorientierten Ansatz verfolgt die europäische Kunststoffstrategie. Diese wurde im Januar 2018 als eine ehrgeizige Vision zum zukünftigen Umgang mit Kunststoffen in der EU von der Kommission vorgestellt. Die Strategie betont zu Recht die wirtschaftliche Bedeutung der europäischen Kunststoffindustrie und befasst sich sodann umfassend mit einer Analyse denkbarer Maßnahmen hin zu einem umweltverträglichen Umgang mit Kunststoffen. Deren nachhaltiges Management soll im Wesentlichen der Verbesserung der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen und der Qualität des Recyclings, der Reduktion des Aufkommens von Kunststoffabfällen und der Vermüllung der Umwelt sowie der Mobilisierung von Innovationen und Investitionen in kreislauforientierte Lösungen dienen. Die Entwicklung eines solch umfassenden Ansatzes ist erfreulich – und war auf europäischer Ebene längst überfällig! Viele dieser Ansätze sind in Deutschland bereits implementiert. Mit Blick auf die Kreislaufwirtschaft sind dies z. B. Instrumente zur Stärkung der Angebotsseite

des Recyclingmarkts, wie der Verpflichtung zur getrennten Sammlung von gewerblichen Kunststoffabfällen oder der anspruchsvollen Recyclingquote von zukünftig 63 % für Kunststoffverpackungen. Letzteres hat zu Innovationssprüngen bei der Entwicklung automatischer Sortiersysteme für schwarze Kunststoffe mit beigetragen. Mit dem Verpackungsgesetz setzen wir im Rahmen der abfallwirtschaftlichen Produktverantwortung zudem Anreize für eine Stärkung der Nachfrage an Rezyklaten sowie für eine Stärkung des recyclingfreundlichen Designs. So müssen die dualen Systeme ab 2019 bei der Gestaltung ihrer Lizenzentgelte die Recyclingfähigkeit und den Rezyklatanteil bei Verpackungen berücksichtigen. Wir werden darüber hinaus auch analysieren wie die Rezyklatnachfrage durch das öffentliche Beschaffungswesen, z. B. bei der gezielten Auswahl von Bauprodukten gesteigert werden kann. Sehr erfreulich ist, dass die Kunststoffstrategie einen ähnlichen Ansatz verfolgt. Demnach plant die Europäische Kommission u. a., im Rahmen anstehender Evaluierungen von Rechtsvorschriften den Rezyklateinsatz in Bauprodukten oder Fahrzeugen zu stärken. Trotz der vielen guten Ansätze beschränkt sich die Europäische Kunststoffstrategie jedoch an vielen Stellen zu stark auf Überlegungen und allgemein gehaltene Prüfaufträge. Entsprechend gilt es, die Vorschläge zu konkretisieren, umzusetzen und gegebenenfalls die erforderliche Rechtsetzung auf europäischer Ebene zu entwickeln. Beispielsweise wäre aus Sicht der Kreislaufwirtschaft ein klareres Bekenntnis zu einem europaweiten Verzicht auf die Deponierung hochkalorischer Abfälle sehr wünschenswert. Gleichwohl stellt die Kunststoffstrategie eine umfassende und gute Grundlage dar, auf deren Basis eine nachhaltige Bewirtschaftung von Kunststoffen in ganz Europa fortentwickelt werden kann. Wir werden die europäische Kunststoffstrategie weiterhin konstruktiv begleiten und auch mit konkreten Maßnahmen auf nationaler Ebene die nachhaltige Bewirtschaftung von Kunststoffen voranbringen.

MinDir Dr. Helge ­Wendenburg Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB), Abteilung Wasserwirtschaft und Ressourcenschutz

Ihr Helge Wendenburg

5 · 18  Müll und Abfall

217


Inhalt 5.18

Editorial

Die Kreislaufwirtschaft – ­Integraler Bestandteil eines nachhaltigen ­Umgangs mit Kunststoffen 217

Lukas Schenke, Matthias Schnell, Holger Giani, Thomas Horst, Prof. Dr. Peter Quicker und Dr. Alexander Feil Schleifmittel • Schleifkorn • Materialverbund • ­thermischer Materialaufschluss • mechanische ­Separierung • Recycling

Dr. Helge ­Wendenburg

Klärschlammbehandlung Thermische Abfallbehandlung

Phosphor-Recycling

Carbonfasern

Verfahren zur thermischen Klärschlamm­ behandlung und zum Phosphor-Recycling 234

Behandlung von Carbonfaser-haltigen Abfäl­ len in Hausmüll­verbrennungsanlagen 220 Zwischenergebnisse eines UFOPLAN Vorhabens Treatment of carbon fibre-containing waste in municipal waste incineration plants Intermediate results of an UFOPLAN project

Jan Stockschläder, Prof. Dr. Peter Quicker, Christopher Thiel, Prof. Dr. Michael Beckmann, Werner Baumann, Manuela ­Wexler, Prof. Dr. Dieter Stapf, Dr. Ralf Koralewska, Peter Baj und Michael Schindhelm

Thermal sludge treatment and phosphorus recycling Jörn Franck, Ralf Wittstock, Gertrud Edens Klärschlammbehandlung • Klärschlammtrocknung • thermische Klärschlammbehandlung • PhosphorRecycling

Kreislaufwirtschaft Logistik

Logistik: Zentrales Element der Circular Economy

Carbonfaser • Hausmüllverbrennung • Rückstände • CFK • Energetische Verwertung

243

Logistics: A central element of the Circular Economy Jan-Philip Kopka, Verena Fennemann und Christian Hohaus

Thermische Abfallbehandlung Schleifmittel-Recycling

Recycling von flexiblen Schleifmitteln Thermisch-mechanische Rückgewinnung von Schleifkörnern aus Produktionsresten Recycling of coated abrasives

Thermomechanical recovery of abrasive grains from production wastes

218

Müll und Abfall  5 · 18

228

Circular Economy • Kreislaufwirtschaft • Logistik • Entsorgungslogistik • Industrie 4.0 • Supply Chain Management


Schwerpunktthemen: Thermische Abfallbehandlung, Klärschlamm­ behandlung, Kreislaufwirtschaft, Rechtsfragen

Kreislaufwirtschaft

Rechtsfragen

IT-Reuse

Recyclingquoten

Treibhausgas- und Ressourceneinsparungen durch Wieder­verwendung von Smartphones und Tablets 251

Sind die bestehenden „Recycling­quoten“ als politische Zielgröße für den Erfolg der Kreis­ laufwirtschaft noch ­zukunftsfähig? 262

Resources and greenhouse gas savings through reuse of smartphones and tablets

As a political target figure for the success of a ­recycling economy – are existing recycling quotas still valid for the future?

Dr. Daniel Maga, Dr. Markus Hiebel, Elisabeth Banken und Paola Viehoff

Dr. Alexander Gosten

Zirkuläre Wirtschaft • Reuse • Refurbishing • ­Ökobilanz • IKT-Geräte • Treibhausgasemissionen

Recyclingquote • Wertstofftonne • Substitution von Primärrohstoffen • Trilog-Verfahren der EU

Kreislaufwirtschaft

RUBRIKEN

Rechtsfragen

Aktuelles aus der Rechtspraxis

Das Bundesumwelt­ministerium muss den ­Erfolg der C ­ ircular Economy nutzen und ­Ressourceneffizienz- und Abfallpolitik ­integrieren 259 The Federal Ministry for the Environment has to take advantage of the success of the circular economy and ­integrate the policy fields of resource efficiency and waste management Dr. Benjamin Bongardt

264

RA Hartmut Gaßner und RA Wolfgang Siederer

Internationale Abfallwirtschaft

265

Kurzberichte

268

Nachrichten aus der Industrie

271

Produktvorstellungen aus der Industrie

273

Veranstaltungskalender

275

Beratende Ingenieure

279

Impressum/Vorschau

280

Circular Economy • Kohärenz der Umwelt­ politik • Rohstoffpolitik • Ressourceneffizienz • ­Bundesumweltministerium

5 · 18  Müll und Abfall

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Thermische Abfallbehandlung | Carbonfasern

Behandlung von Carbonfaserhaltigen Abfällen in Hausmüll­ verbrennungsanlagen Zwischenergebnisse eines UFOPLAN Vorhabens

Treatment of carbon fibre-containing waste in municipal waste incineration plants Intermediate results of an UFOPLAN project Jan Stockschläder, Prof. Dr. Peter Quicker, Christopher Thiel, Prof. Dr. Michael Beckmann, Werner Baumann, Manuela Wexler, Prof. Dr. Dieter Stapf, Dr. Ralf Koralewska, Peter Baj und Michael Schindhelm

Jan Stockschläder, M. Sc. LuF Technologie der Energierohstoffe der RWTH Aachen Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker LuF Technologie der Energierohstoffe der RWTH Aachen Dipl.-Ing. Christopher Thiel Professur für Energieverfahrenstechnik der TU Dresden Prof. Dr.-Ing. Michael Beckmann Professur für Energieverfahrenstechnik der TU Dresden Dipl.-Ing. Werner ­Baumann Institut für Technische Chemie am Karlsruher Institut für Technologie Manuela Wexler, M. Sc. Institut für Technische Chemie am Karlsruher Institut für Technologie Prof. Dr.-Ing. Dieter Stapf Institut für Technische Chemie am Karlsruher Institut für Technologie Dr.-Ing. Ralf ­Koralewska Martin GmbH für ­Umwelt- und Energietechnik Dipl.-Ing. Peter Baj ZAW Coburg Dipl.-Ing. Michael Schindhelm ZAW Coburg

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Müll und Abfall  5 · 18

Zusammenfassung Der Einsatz von Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen hat in den letzten Jahren stetig zugenommen, neue Einsatzgebiete wurden und werden erschlossen. Durch den steigenden Einsatz nimmt auch der Anfall Carbonfaser-haltiger Abfälle zu. Aufgrund stoffstromspezifischer Erfassungswege kann es zu einem Eintrag von CFK in Hausmüllverbrennungsanlagen kommen. Berichte aus der Praxis und Laboruntersuchungen zeigen, dass Carbonfasern hohe Verweilzeiten und Temperaturen für eine vollständige Zerstörung benötigen. Beim Austrag von unverbrannten Carbonfasern aus der Feuerung können sowohl die Anlagentechnik als auch vorhandene Entsorgungswege für die prozessspezifischen Rückstände beeinträchtigt werden. Aus diesen Gründen ist eine Prüfung der Auswirkungen auf Anlagentechnik und Arbeitsschutz notwendig. Im vorliegenden Beitrag werden die Zwischenergebnisse eines großtechnischen Mitverbrennungsversuch von CFK in einer Hausmüllverbrennungsanlage vorgestellt. Abstract The use of carbon fibre reinforced plastics has grown significantly in recent years. New areas of application are also constantly being developed. As a result of the increasing use, carbon fibre-containing waste is also increasing. Due to partially missing separate collection, carbon fibres can be introduced into municipal waste incinerators. Practical reports and laboratory tests show that carbon fibers require high dwell times and temperatures for complete destruction. In the case of unburned carbon fibers, both the plant technology and existing disposal paths for the process-specific residues can be affected. Therefore, a review of the effects on plant engineering and occupational safety is necessary. This article presents the interim results of a large-scale co-incineration attempt of CFRP in a municipal waste incineration plant.

1. Hintergrund Carbonfasern kommen im Alltag gewöhnlich in Form von Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK) vor. Diese zeichnen sich durch eine sehr hohe mechanische Belastbarkeit bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht aus. Zunächst vor allem im Bereich Luft- und Raumfahrt eingesetzt, wurde der Werkstoff in den letzten Jahren in weiteren Einsatzgebieten verwendet. Im Jahr 2017 wurden global rund 115.000 Mg CFK genutzt. Abbildung 1 zeigt die relative Steigerung der Produktionsmengen für einzelne Anwendungsgebiete, mit dem Bezugsjahr 2011. Die stetige Zunahme der Einsatzmenge führt zwangsläufig zu einer Zunahme des zu verarbeitenden Carbonfaser-haltigen Abfalls. Dieser sollte zunächst vorrangig einem Recycling zugeführt werden. Allerdings sind auf Grund der prozessimmanenten Verkürzung der Fasern Verfahren notwendig, mit denen jene Faserbestandteile, die stofflich nicht mehr weiter nutzbar sind, schadlos entsorgt werden können. Die energetische Verwertung oder thermische Beseitigung ist vor dem Hintergrund der deutschen Gesetzgebung hierfür Mittel der Wahl. Welche der verfügbaren Optionen zur thermischen Abfallbehandlung für dieses Material geeignet sind, gilt es zu ermitteln. Erste Erfahrungen zur Mitverbrennung von CFK in Hausmüllverbrennungsanlagen zeigten, dass unvollständig verbrannte Fasern durch ihre Leitfähigkeit Kurzschlüsse, Stromausfälle oder sogar Brände in elektrostatischen Abscheidern verursachen können. Auch in der Schlacke waren Fasern bei der Mitverbrennung nachweisbar. Allerdings sind die Kenntnisse über den Verbleib und die Morphologie der Carbonfasern und ihre Auswirkungen auf Feuerung bzw. Anlagentechnik noch unzureichend. Untersuchungen im Labor zei-


Behandlung von Carbonfaser-haltigen Abfällen in MVA

2. Projektansatz Im Rahmen des durch das Umweltbundesamt geförderten UFOPLAN-Vorhabens FKZ 3716 34 318 0 „Untersuchungen zu Möglichkeiten und Grenzen der Entsorgung Carbonfaser-verstärkter Kunststoffabfälle in thermischen Prozessen unter Berücksichtigung möglicher Risiken im Umgang mit den prozessspezifischen Reststoffen“ sollen in einem experimentellen Teil die Verwertungswege Müllverbrennungsanlage, Sonderabfallverbrennungsanlage und Zementdrehrohr untersucht werden. Dabei wurden und werden Versuche im industriellen Anlagenbetrieb durchgeführt, meßtechnisch begleitet und ausgewertet. Unterstützend erfolgen Grundlagenuntersuchungen zur thermischen, mechanischen und chemischen Aufbereitung von Carbonfasern bzw. CFK. Zur Lösung der Aufgabenstellung des UFOPLAN-Vorhabens sind vier übergeordnete Arbeitsteile vorgesehen. Im ersten Arbeitsteil erfolgt eine Ermittlung von Grundlagen. Die Erhebung umfasst eine Situationsanalyse zu Produktion, Nutzung sowie derzeitigen Verwertungs- und Entsorgungswegen, die Ermittlung des thermischen Verhaltens von CFK-Abfällen sowie die Weiterentwicklung von Methoden zur qualitativen und quantitativen Charakterisierung von Carbonfasern. Aufbauend werden im zweiten Arbeitsteil drei großtechnische Versuchskampagnen (Hausmüllverbrennungsanlage, Sonderabfallverbrennungsanlage und Zementdrehrohr) durchgeführt. Im dritten Arbeitsteil wird ein neuer Ansatz zum stofflichen Recycling mittels chemischer Faserrückgewinnung untersucht. Basierend auf den Ergebnissen der drei Arbeitsteile werden im abschließenden vierten Arbeitsteil die Möglichkeiten einer Rückgewinnung bzw. effizienten Faserentsorgung bewertet und entsprechende Handlungsempfehlungen für die Behandlung, Verwertung und Entsorgung von CFK-Abfällen abgeleitet. Der vorliegende Artikel befasst sich mit dem Zwischenstand zum großtechnischen Versuch in der Müllverbrennungsanlage.

3. Experimenteller Teil 3.1 Müllheizkraftwerk Coburg Das Müllheizkraftwerk (MHKW) Coburg verwertet seit Ende 1988 in zwei Verbrennungslinien etwa 135.000 Mg Abfall pro Jahr. Der mittlere Heizwert des verbrannten Abfalls liegt bei etwa 10.500 kJ/kg. Die im Abfall gebundene Energie wird zur Strom- und Fernwärmeerzeugung genutzt. Nach Zugabe des Abfalls wird dieser auf einem MARTIN-Rückschubrost verbrannt. Die Entschlackung erfolgt über einen nass

500 Steigerung der Produktionsmenge [Bezugsjahr 2011 = 100 %]

gen, dass bei einer nicht vollständigen Faserzersetzung Bruchstücke mit einem Durchmesser < 3 µm entstehen können. Bei einem Durchmesser zu Längenverhältnis über 1 zu 3 entsprechen diese Bruchstücke dem Kriterium der sogenannten WHO-Fasern. Untersuchungen im Realbetrieb sollen zeigen, inwieweit Fasern dieser Kategorie entstehen können.

400 300 200 100 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Jahr

Andere

Fahrzeugbau

Bauwesen

Luftfahrt

Sport&Freizeit

betriebenen Stößelentschlacker direkt in einen Schlackenbunker. Das Verbrennungsabgas wird über drei Vertikalzüge und einen Horizontalzug auf etwa 200– 250 °C abgekühlt. Größere und schwerere Partikel setzen sich im Bereich des Kessels ab und fallen als Kesselaschen an. Die Kesselaschen werden wieder in den Feuerraum zurückgeführt. Zur Reduzierung von Stickoxiden wurden beide Linien des MHKW auf das VLNVerfahren (Very Low NOx) umgebaut. Zudem ist eine SNCR-Anlage mit Ammoniakwasser im oberen Feuerraum installiert. Die im Horizontalzug anfallenden Kesselaschen werden durch Klopfwerke abgereinigt. Die folgende Abgasreinigung ist fünfstufig und setzt sich zusammen aus: ◆◆ Sprühabsorber ◆◆ Gewebefilter ◆◆ Wäscherstufe – sauer ◆◆ Wäscherstufe – basisch ◆◆ Nasselektrofilter Im Sprühabsorber werden Kalkmilch sowie die anfallenden Wäscherwässer eingedüst. Das Wasser verdampft und die Salze fallen als Partikel aus. Ein geringer Anteil der Salze verbleibt im Sprühabsorber als Sprühabsorberreststoff. Die restlichen Salze werden gemeinsam mit dem Flugstaub im Gewebefilter abgeschieden. Das staubfreie Abgas wird anschließend im 2-stufigen Wäscher behandelt. Die entstehenden Wäscherwässer werden neutralisiert und im Sprühabsorber eingedüst. Das gereinigte Abgas wird abschließend im Nasselektrofilter behandelt und über den Kamin abgeleitet. Wie eingehend beschrieben, wurden soweit möglich, alle anfallenden Reststoffstoffströme beprobt

Partikelgitternetzsonde

Gravimetrische Staubmessung

Windenergie

Abbildung 1 Entwicklung der Produktionsmengen nach Einsatzgebiet mit dem Bezugsjahr 2011 [1–8]

Abbildung 2 Längsschnitt des MHKW Coburg mit Angaben zu Materialzugabe (grün), Probenahmestellen der Feststoffe (rot) und Messstellen im Abgaspfad (blau), Quelle: [9].

Gravimetrische Staubmessung & ELPI

Zugabe des Material

Kesselasche

Sprüh­ Rostschlacke absorber­ rest­stoff

Gewebefilter­ asche

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Thermische Abfallbehandlung | Carbonfasern

Die Zugabe der CFK-Abfälle erfolgte direkt in den Aufgabetrichter der Feuerung. Einmal pro Stunde wurden 7 Säcke trockene Carbonfaser-haltige Abfälle (etwa 100 kg Carbonfasern) über die gesamte Breite des Trichters aufgegeben, siehe Abbildung 3. Kurz vor Aufgabe wurden die vorbereiteten Säcke aufgeschnitten, so dass eine optimale Vermischung im Müllbett möglich war. Insgesamt wurden die Abfälle über einen Zeitraum von 27 h zugegeben.

Abbildung 3 Aufgabe der Carbonfaser-haltigen Abfälle in den Aufgabetrichter der Feuerung.

und auf den Fasergehalt analysiert. Abbildung 2 zeigt eine Übersicht der Anlage mit den Probenahmestellen. Das MHKW Coburg eignete sich vor allem auf Grund des vorhandenen Abgasreinigungskonzepts, einer guten Zugänglichkeit für Messungen und Beprobungen und der langjährigen Erfahrung mit der Durchführung von Großversuchen.

3.2 Versuchsdurchführung Der großtechnische Versuch am MHKW Coburg wurde durch den Zweckverband für Abfallwirtschaft in Nordwest-Oberfranken, die Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik, das Lehr-Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe der RWTH Aachen (TEER), die Professur für Energieverfahrenstechnik der TU Dresden (EVT) und das Institut für Technische Chemie (ITC) des Karlsruher Instituts für Technologie durchgeführt bzw. begleitet. Aufgaben waren die Beprobung der festen und flüssigen Reststoffe und die Messungen an den verschiedenen Stellen des Abgaspfads. Die Versuchskampagne erstreckte sich über insgesamt zwei Wochen (Referenz, Mitverbrennung und Nachbeprobung) im November 2017. Im Folgenden werden die Materialaufgabe und die Probenahme erläutert. 3.2.1 Zugabe des Materials Zur Vorbereitung der Mitverbrennungsversuche am MHKW Coburg war die Bereitstellung von repräsentativen CFK-Abfällen notwendig. Diese wurden von der Entsorgungsfirma CFK Valley Recycling GmbH & Co KG bezogen und repräsentieren die tagesaktuelle Zusammensetzung, entsprechend der realen Kundenstruktur. Diese setzt sich typischerweise vor allem aus Vertretern der Branchen Luftfahrt und Automobil zusammen. Mitte September 2017 wurden die CFK-Abfälle für die großtechnischen Versuche vorbereitet. Dabei erfolgte eine Beprobung der Abfälle zu deren Charakterisierung. Zum Schutz des bei den großtechnischen Verbrennungsuntersuchungen beteiligten Personals wurden die CFK-Abfälle dem Abfallstrom in verpackter Form zugeführt. Es zeigte sich, dass es aufgrund der sehr geringen Dichten und scharfkantigen Geometrien kaum möglich war, Abfälle aus dem Bereich Laminate- und Prepreg zu verpacken. Daher wurden trockene Schnittreste1 für die Versuche verwendet. 1 Unter trockenen Abfälle werden Carbonfaser-haltige Abfälle erfasst, in denen die Fasern nicht in einer Kunststoffmatrix eingebettet sind.

222

Müll und Abfall  5 · 18

3.2.2 Feste Rückstände Die Beprobung der Aschen bzw. Schlacken erfolgte in Anlehnung an FDBR RL 7 und VGB M216. Dazu wurden über 9 Stunden Einzelproben von etwa 90 l/h entnommen, gewogen und auf eine Kantenlänge < 30 mm gesiebt Die dabei abgetrennten CF/CFK, Inertmaterialien und das Unverbrannte wurden separiert, gewogen und verworfen. Agglomerate > 30 mm wurden zerkleinert und der erzeugten Fraktion < 30 mm zugeführt. Jeweils drei der aufbereiteten Einzelproben wurden zu einer Durchschnittsprobe vereinigt und homogenisiert. Jede der drei erzeugten Durchschnittsproben wurde mittels Riffelteiler halbiert. Jeweils eine Hälfte der drei Durchschnittsproben wurde verworfen, die anderen drei Hälften wiederum zu einer neuen Durchschnittsprobe vereinigt und homogenisiert. Die Teilung mit dem Riffelteiler wurde wiederholt und somit die Schlacke auf eine Mischprobe eingeengt. Aus dieser Mischprobe wurden Laborproben erzeugt. Das Restmaterial wurde verworfen. Die erzeugten Laborproben wurden luft- und dampfdicht abgefüllt und zur Analyse an die RWTH Aachen (TEER) verbracht. Die Beprobung der weiteren festen Rückstände im Bereich der Abgasreinigung erfolgte alle 3 h. Die gezogenen Einzelproben wurden nach Versuchsende zu einer Tagesmischprobe vereint. Zu berücksichtigen ist, dass auf Grund der betriebsspezifischen Bedingungen die Beprobung zum Teil eingeschränkt wurde. Die Tagesmischproben wurden ebenfalls am TEER analysiert. Die Proben wurden im Labor getrocknet, klassiert und die erzeugten Fraktionen eingehend analysiert. Die Klassierung erfolgte nach DIN 661651 in vier Kornklassen. Die Klassierung der Abgasreinigungsrückstände erfolgte analog zur Schlacke. Auf Grund der deutlich geringeren Korngrößen erfolgte lediglich eine Klassierung bei 1 mm und 100 µm. Die Fraktionen 1–10 mm und 10–30 mm wurden manuell sortiert. Die Fraktionen < 0,1 mm und 0,1–1 mm werden lichtmikroskopisch ausgewertet. 3.2.3 Abgas Partikelgitternetzsonde

Zur Beurteilung der Flugaschenpartikel im heißen Rauchgas erfolgte eine Probenahme mit der Methode der Partikelgitternetzsonde (PGNS) [10, 11]. Dabei wird mit Flugaschepartikeln beladenes, heißes Abgas über ein Metallfiltergewebe aus dem Prozess abgesaugt. Die Dauer des Absaugens über die PGNS beträgt etwa zwei bis zehn Sekunden. Ein auf die Sondenöffnung aufgespannte Drahtgewebe dient als Filter, d. h. das Abgas durchströmt das Drahtgewebe und die im Abgas transportierten ablagerungsfähigen Bestandteile werden in


Behandlung von Carbonfaser-haltigen Abfällen in MVA

den Maschen oder auf dem Draht des Partikelgitternetzes abgeschieden. Die Flugaschepartikel können in Abhängigkeit des Ortes und der Abgastemperatur charakterisiert und z. B. hinsichtlich ihrer Verschmutzungs- und Verschlackungsneigung beurteilt werden. Die Lage der erfassten Partikel auf der PGNS ist abhängig von deren Eigenschaften, sodass auf Basis von Lage, Größe, Grundform und der chemischen Zusammensetzung dieser Partikel indirekt Aussagen zum Aggregatzustand bei und vor der Entnahme und hinsichtlich der Partikelfreisetzung und -bildung möglich sind. Aufgrund der geringen Absaugzeit und der teilweise ungleichmäßigen Strömungsbedingungen sind die Ergebnisse der Methode rein qualitativ zu bewerten, eine quantitative Aussage ist bei diesem Anwendungsfall nicht möglich. Die abgeschiedenen Flugaschepartikel wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert. Ziel der Untersuchungen ist die Identifikation und Charakterisierung von Carbonfasern im Rohgas, sowie deren Zersetzungsverhalten in Abhängigkeit von Verweilzeit und Temperatur. Bei den Untersuchungen am MHKW Coburg wurde das Abgas an folgenden Messstellen mit der Sonde beprobt: ◆ Messstelle 1: 1.Zug ◆ Messstelle 2: 2. Zug ◆ Messstelle 3: 3. Zug ◆ Messstelle 4: Horizontalzug Durch die Auswahl der einzelnen Messstellen wird ein ei n großes g oß gr oßes es Temperaturspektrum Tem empe p ra pe ratu turs rspe p kt pe ktru rum m abgedeckt. abge ab g de ge deck cktt. Die Die AbAb gastemperaturen gast stem tempe pera ratture turen n lagen lagen lage n im im Bereich Bereiich h zwischen zwi wisc isch hen 1150 hen 1150 °C C (Messstelle (Mes (M esss sste tell llee 1) und und 570 570 °C C (Messstelle (Me Mess ssst stel elle le 4). 4). Gravimetrische Grav Gr avim imet etri risc sche he S Staubmessung taub ta ubme mess ssun ung g

Zur Z ur B Beurteilung eurteil ilung g einer i F Faserbelastung aserb belastung l g des des Abgases Abgases am Kesselende und am erfolgten Kess Ke ssel elen ende de u nd a m Kamin Kami Ka min n er erfo folg lgte ten n gravimetrische grav gr avim imet etri risc sche he Staubmessungen Staubmessung gen in Anlehnung g an die VDI-Richtlinie 2066 20 66 d durch urch ur ch IITC TC u und nd T TEER. EER EE R. B Bei ei d der er d durchgeführten urch ur chge gefü führ hrte ten n Pr Pro Proobenahme bena be nahm hmee wurde wurd wu rdee ein ein Teilvolumenstrom Teil Te ilvo volu lume mens nstr trom om isokinetisch iso soki kine neti tisc sch h abgezogen abge ab gezo zoge gen n und und jeweils jewe je weil ilss über über Outstack-Filtergeräte Out utst stac ack k-Fi Filt lter erge gerä räte te gegeführt. führ fü hrtt. IIm m Vorfeld Vorf Vo rfel eld d wurde wurd wu rdee die die Geschwindigkeit Gesc Ge schw hwin indi digk gkei eitt des des AbgaAbga Ab ga-ses mittels Prandtl-Staudrucksonden ermittelt. Dafür ist zusätzlich zum dynamischen Druck auch die Abgasdichte erforderlich. Zu deren Berechnung wird die Gaszusammensetzung benötigt, die jeweils aus den Mittelwerten der Betriebsmessungen entnommen wurde. Bei den Messungen des TEER wurde eine StaubmessVorrichtung der Firma Paul Gothe eingesetzt. Diese besteht aus einem beheizbaren Outstack-Planfilter (Durchmesser 110 mm) und einer Absaugeinheit mit manueller Regelung. Als Filtermaterial wurden Quarzfilter genutzt. Das ITC nutzte für die Outstack-Messungen 47 mm Quarz- und Teflonmembranfilter, die in ein beheiztes Filtergehäuse eingelegt wurden. Die Gasprobennahmen erfolgten mit einem Desaga-System. Abbildung 4 zeigt den Aufbau der beiden Probenahmesysteme am Kesselende. Am TEER bzw. ITC erfolgen im weiteren eren Ve Verl Verlauf rlau auff de au des es Projekts P oj Pr oje sowohl optische Untersuchungen tersuchu te erssuc uchu hung hung gen der der Planfilters, Pla lanfi lanfi nfilt lter lt errs, ers s, als als l auch Untersuchunabgeschiedenen gen de des es ab a bge gesc schi schiedenen hiied den enen nen en S Staubs. Sta ttaub ta aub ubs bs. s. Es erfolgen lge gen n so sowohl owo wohl U wohl Untersuchungen nter nt ter ersu such chun hun unge gen ge en de d derr O Oberfläche des Probefilters, rss als als ls auch auc uch h Untersuchungen Unte Un teerssuc uchu uch hung hun ng der ngen d gewonnenen Staubproben. Zur Z Untersuchung wird Digital-

Abbildung 4 Aufbau der beiden Probenahmesysteme zur gravimetrischen Staubmessung am Kesselende.

mikroskopie der Fa. Keyence (Typ VHX-6000 und Typ VHX-2000) eingesetzt. In der horizontalen Zuleitung zum Kamin wurden Messungen im Reingas durch ITC durchgeführt. Auf Grund der sehr geringen Staubkonzentration wurden die Filterproben über einen längeren Zeitraum gesammelt. Zusätzlich zu diesen Filterprobenahmen wurden online Messungen mit einem elektrischen Niederdruckimpaktor (ELPI) durchgeführt. Abbildung 5 zeigt den Aufbau der beiden Probenahmesysteme.

4. Ergebnisse Die Mitverbrennung Die Mitv Mi tver erbr bren ennu nung ng g des des C Carbonfaser-haltigen arbo ar bonf nfas aser er-hal halti tige g n Abfalls ge Abfa Ab fall llss erfolgte erf er folgt fol lgte te während wäh ähre rend d des des Regelbetriebs Regel elb lbet betri trieb iebs bs der der Anlage. Anl nlag lage. e. Der Der mittelere mitt mi ttel eler eree Heizwert Heiz He izwe wert rt des des homogenisierten hom omog ogen enis isie iert rten en Abfalls Abf bfal alls ls lag lag während währ wä hren end d der der Referenzmessung Refe Re fere renz nzme mess ssun ung g bei bei 10,13 10,13 13 MJ/kg MJ/k MJ /kg g und und während währ wä hren end d der der CFK-Mitverbrennung CFKCF K Mi Mitv tver erbr bren ennu nung ng bei bei 10,01 10,01 01 MJ/kg. MJ/k MJ /kg g. Ess ergaben E erg gaben b sich siich h vergleichbare verg gleiichb hbare Abfalldurchsätze Abffall Ab lld durch hsä ätze von 9,14 9 ,14 14 Mg/h Mg/h (Referenz) (Re Refe fere renz nz)) und und von von 9,31 9,31 31 Mg/h Mg/h (CFK (CF CFK K MitverMitv Mi tver erbrennung). brennung g). ) Unter Berücksichtigung Unte Un terr Be Berü rück cksi sich chti tigu gung ng der der unvermeidbaren unv nver erme meid idba bare ren n HeteHete He terogenität Abfalls von guten Verroge ro geni nitä tätt de dess Ab Abfa fall llss ka kann nn v on eeiner iner in er ssehr ehrr gu eh gute ten n Ve Ver rgleichbarkeit glei gl eich chba bark rkei eitt der der Heizwerte Heiz He izwe wert rtee und und des des AbfalldurchsatAbfa Ab fall lldu durc rchs hsat atzess an b ze beiden eide ei den n Ve Vers Versuchstagen rsuc uchs hsta tage gen n au ausg ausgegangen sgeg egan ange gen n we werd werden. rden en. Zu Zurr Überwachung bzw. Beurteilung des Betriebs wurden Soll- und Ist-Werte der produzierten Dampfmenge, der Sauerstoffgehalt am Kesselende und die Brennbetttemperatur kontinuierlich erfasst.

Abb Abbild ildung ung 5 Abbildung Aufbau der Probenahmesysteme im Reingas vor dem Kamin i (l (li inks: k gra vimeti (links: gravimetrische Staubmessung, rechts: elektrischer Niederdruckimpaktor (ELPI))

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