Zukunftsmarkt Stofferkennung und –trennung

Die zunehmende Umweltbelastung, der Klimawandel und die Verknappung der Ressourcen zwingen zum Handeln, indem Müll vermieden und Stoffe recycelt werden. Die Kreislaufwirtschaft ist ein Schlüssel, um die Ressourcen zu schonen und dem Klimawandel entgegenzuwirken. Die Stofferkennung und Stofftrennung sind wichtige Schritte für die Kreislaufwirtschaft. Das Umweltbundesamt hat bereits 2007 zusammen mit dem Bundesumweltministerium beim Zukünftige Technologien Consulting (ZTC) eine Fallstudie zum Thema „Kreislaufwirtschaft, Abfall, Recycling“ beauftragt. Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf den Technologien zur Stofferkennung und -trennung. Diese Technologien könnten ein wichtiger Zukunftsmarkt sein und haben ein hohes wirtschaftliches Potenzial.

Bedeutung von Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren

Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren ermöglichen eine zielgerichtete Anreicherung von Stoffen mit übereinstimmenden Merkmalen. Die Verfahren sind materialspezifisch nach zu trennenden Fraktionen aufgeteilt und modular in Sortieranlagen integriert. Die Stoffe können auch nach Reinheits- und Verschmutzungsgrad getrennt werden. Die Trennung wird durch automatische Verfahren erleichtert. Da höhere Reinheitsgrade erzielt werden, wird die Recyclingrate qualitativ und quantitativ erhöht. So werden Sekundärrohstoffe gewonnen, die rohstofflich, werkstofflich und als Ersatzbrennstoff energetisch genutzt werden können. Mit diesen Technologien können umwelt-, klima- und gesundheitsgefährdende Reststoffe aus dem Stoffkreislauf entfernt werden.

Der Verbrauch von Primärrohstoffen und fossilen Energieträgern wird durch den vermehrten Einsatz von Sekundärrohstoffen verringert.

Für die Stofferkennung und Stofftrennung werden verschiedene Sortierverfahren und auch die RFID-Technologie genutzt. Alle diese Technologien haben große Entwicklungspotenziale. Eine marktgetriebene Weiterentwicklung wird erwartet, da die Preise für Primärrohstoffe immer weiter ansteigen.

Weltweit ist mit einem steigenden Bedarf an automatischen Sortieranlagen zu rechnen, die sich gegenwärtig noch im Wachstum befinden. So können größere Mengen an Siedlungsabfällen pro Jahr recycelt werden. Zum Zeitpunkt der Studie im Jahr 2007 fielen in der EU ungefähr 230 Millionen Tonnen Siedlungsabfälle an. Davon wurden nur etwa 20 Prozent recycelt. Mit der Weiterentwicklung der Technologien zur Stofferkennung und Stofftrennung könnte künftig die Recyclingquote deutlich steigen.

Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren ermöglichen eine zielgerichtete Anreicherung von Stoffen mit übereinstimmenden Merkmalen | Foto: ©nordroden #1265658925 – stock.adobe.com

Ziele von Stofferkennung und Stofftrennung

Im Abfall befinden sich Stoffe mit vielen unterschiedlichen Eigenschaften. Wertstoffe können einer weiteren Verwendung als Sekundärrohstoffe zugeführt werden. Andere Stoffe müssen aus dem Stoffkreislauf entfernt werden, da sie umwelt- oder gesundheitsschädlich sind. Sortierverfahren ermöglichen die zielgerichtete Anreicherung von Stoffen anhand übereinstimmender Merkmale. Eine qualitative Gestaltung der Abfälle ist mit Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren möglich. Die in Abfällen enthaltenen Rohstoffe und Energie können wiederverwendet werden. In der Biosphäre verbleiben weniger klima- und naturschädliche Reststoffe.

Bei der Abfallaufbereitung kommt es auf eine möglichst sortenreine Trennung unterschiedlicher Abfallfraktionen an, um die Stoffe zu verwerten und Störstoffe umweltfreundlich zu entsorgen. Die Abfallaufbereitung soll eine gleichbleibend gute Qualität der Sekundärrohstoffe ermöglichen.

Auf die Sortierung folgt die rohstoffliche und werkstoffliche Verwertung der Sekundärrohstoffe in der Rohstoffindustrie oder im verarbeitenden Gewerbe. Die energetische Verwertung ist möglich, wenn die Abfälle als Ersatzbrennstoffe in Müllheizkraftwerken verbrannt oder in Zementwerken und Kohlekraftwerken mitverbrannt werden. Auch eine Vergärung in Biomassekraftwerken kann erfolgen. Ein Problem bei der Sortierung der Abfälle ist deren teils starke heterogene Zusammensetzung. Die Abfallzusammensetzung kann stark schwanken.

Die Sortierprozesse werden mit automatisierten Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren optimiert. Diese Verfahren erhöhen durch eine effektive Positiv- und Negativauslese die Recyclingraten. Stoffe, die nicht recycelbar sind, werden in der Müllverbrennung oder der Vergärung umweltgerecht entsorgt. Siedlungsabfälle sollen so hochwertig verwendet werden, dass sie nicht direkt abgelagert werden müssen. Das ist möglich, wenn bestehende Entsorgungssysteme modifiziert werden.

Im Abfall befinden sich Stoffe mit vielen unterschiedlichen Eigenschaften | Foto: ©karepa #329278063 – stock.adobe.com

Integration von Stofferkennungs- und Stofftrennungstechnologien in Sortierprozesse

Stofferkennungs- und Stofftrennungsverfahren werden nicht nur beim Recycling, sondern auch beim Mining zur Gewinnung von Bodenschätzen genutzt. Diese Technologien können somit in verschiedenen Branchen wie Abfallwirtschaft, Recyclingindustrie und rohstoffproduzierender Industrie genutzt werden. In der Wertschöpfungskette der Kreislaufwirtschaft sind Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren zwischen Sammlung, Grobsortierung und Verwertung von Sekundärrohstoffen beziehungsweise Beseitigung von Störstoffen angesiedelt.

Eine Sortieranlage kombiniert unterschiedliche Sortierverfahren und Verarbeitungsschritte.

Förderbänder verbinden die einzelnen Schritte miteinander. In die Sortieranlagen sind die Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren modular integriert. Durch spezifische Aufbereitungs- und Trennvorgänge wird der Stoffstrom in den einzelnen Modulen in zwei oder mehrere neue Ströme geteilt. Materialspezifisch sind die Sortieranlagen in die zu trennenden Fraktionen und nach Reinheits- oder Verschmutzungsgrad konzipiert. Durch die Integration neuer Module oder den Austausch vorhandener Module können die Sortieranlagen optimiert, erweitert und aktualisiert werden.

Stofferkennungs- und Stofftrennmodule als Bestandteile von Sortiertechnologien

Sortiertechnologien nutzen unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften der verschiedenen Abfallfraktionen, um sie zu erkennen und zu trennen. Stofferkennungs- und Stofftrennmodule bestehen aus einem Beschleunigungsband, einer Detektionseinheit und einem Ventilblock, der die Komponenten nach der Informationsauswertung sortiert. Automatisierte Sortiertechnologien müssen einen hohen Durchsatz, eine sichere Identifizierung aus großen Entfernungen und die Unempfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen ermöglichen. Eine sensorgestützte Sortierung setzt trockene und saubere Oberflächen voraus. Um jedes Abfallstück zu detektieren, ist eine vollständige Vereinzelung erforderlich. Bei Bedarf können Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren nach Waschung, Trocknung und Zerkleinerung der Abfälle eingesetzt werden.

In einer Trennoperation können die Abfälle nach mehreren Trennmerkmalen getrennt werden. Die neuartigen Technologien der Multisensorik ermöglichen Farberkennung, Bildanalyse, Nah-Infrarotdetektion, Induktionsmessung und Röntgendetektion. Das Anwendungspotenzial dieser Stofftrennungstechnologien könnte künftig nicht überschaubar sein. Vom Grundsatz her unterscheiden sich die trenntechnischen Möglichkeiten nicht mehr von den analytischen Möglichkeiten der Materialerkennung.

Zukunftsträchtige Verfahren für die Stofferkennung und Stofftrennung sind:

• Siebklassierung als mechanischer Trennprozess
• Windsichtung zur Trennung mit künstlichem Luftstrom
• Magnetabscheidung mit Elektromagneten
• triboelektrische Verfahren zur Trennung mit elektrostatischer Aufladung
• Wirbelstromverfahren mit einem Kugelmagneten, der elektrische Ströme induziert

Sortiertechnologien nutzen unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften der verschiedenen Abfallfraktionen, um sie zu erkennen und zu trennen | Foto: ©Attasit #1341163269 – stock.adobe.com

Entwicklungspotenziale von Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren

Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren haben bei Optimierung, Nutzung und Transfer auf andere Abfallarten ein hohes Entwicklungspotenzial:

• Optimierung der Anlagengestaltung
• höhere Trefferquote
• höhere Reinheit der getrennten Stoffe
• Erhöhung des Durchsatzes
• Weiterentwicklung von etablierten und aussichtsreichen Technologien

Als neue Technologie kann das automatische Sortieren mit Unterstützung von RFID-Technologien integriert werden. Diffusion ist durch den verstärkten Einsatz von Überbandmagneten, Nah-Infrarotgeräten und Nicht-Eisenmetallabscheidegeräten möglich.

Transfer bedeutet, dass technologische Entwicklungen einzelner Sortierverfahren auf andere Anwendungsfelder übertragen und angepasst werden können. Die Verfahren können auch bei der Sortierung anderer Abfallgemische genutzt werden.

Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren und deren ökologische, ökonomische und soziale Aspekte

Stofferkennungs- und Stofftrennverfahren sind Schlüsseltechnologien für die Kreislauf- und Recyclingwirtschaft. Sie ermöglichen eine schnelle und saubere Trennung der verschiedenen Abfallfraktionen. Da verstärkt Sekundärstoffe genutzt werden, wird der Verbrauch an Primärrohstoffen und fossilen Energieträgern verringert. Das bedeutet, dass die Ressourcen geschont werden. Das führt zu einer besseren Klimabilanz. Klimawirksame Emissionen werden verringert. Da umwelt- und gesundheitsgefährdende Stoffe abgetrennt werden, können Deponie-Altlasten verringert oder vermieden werden. Das Deponievolumen wird reduziert.

Wichtige ökonomische Vorteile entstehen, da die stoffliche und energetische Verwertung der Abfälle gegenüber anderen Beseitigungsverfahren wirtschaftlicher ist.

Die Automatisierung bedeutet eine Leistungssteigerung, die mit einem Rückgang der Sortierkosten verbunden ist. Das hochwertige Recyclat aufgrund der Stofferkennung und Stofftrennung ist eine wichtige Grundlage für mehr Wirtschaftlichkeit.

Bei ihrer Einrichtung sind moderne Sortieranlagen kapitalintensiv. Die laufenden Kosten sind jedoch gering, sodass sich diese Anlagen bereits nach vergleichsweise kurzer Zeit amortisieren. Automatisierte Sortiertechnologien können neue Geschäftsfelder eröffnen, zu denen die Aufbereitung von Elektroaltgeräten gehört.

Aus sozialer Sicht wird an die Verantwortung und das Verhalten der Verbraucher appelliert, die trotz automatisierter Sortiertechnologien dazu angehalten werden müssen, ihren Müll sorgfältig zu trennen.

Wirtschaftliches Potenzial von Stofferkennung und Stofftrennung

Das Marktpotenzial von Verfahren zur Stofferkennung und Stofftrennung ist unmittelbar von der Menge der Abfälle abhängig. Bei den Abfällen werden konsumentennahe Abfälle und Industrieabfälle berücksichtigt. Maßnahmen zur Abfallvermeidung wirken sich unmittelbar auf die Abfallmenge und die Marktgröße aus. Ein hohes Marktpotenzial besteht beim Recycling von Elektroaltgeräten. Ein weiteres wichtiges Potenzial besteht beim Technologietransfer und beim Export von modernen Sortieranlagen.

Wichtige Markttreiber sind das erhöhte Abfallaufkommen pro Kopf, der Rückgang der natürlichen Ressourcen und die steigenden Kosten für Primärrohstoffe und die angestrebten höheren Recyclingquoten.