Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Beton als einer der meistgenutzten Baustoffe weltweit und insbesondere sein Bestandteil Zement sind in ihrer Herstellung rohstoff- und energieintensiv und dadurch mit erheblichen Umweltauswirkungen verbunden.
\nIn Deutschland fallen j\u00e4hrlich ca. 6 Mio. t Hausm\u00fcllverbrennungs-Rostaschen (HMV-Aschen) als fester R\u00fcckstand nach der Abfallverbrennung an. W\u00e4hrend ihrer Aufbereitung werden die enthaltenen Metalle abgetrennt und verwertet. Die verbleibenden vorwiegend mineralischen Reststoffe (ca. 90%) werden zum gr\u00f6\u00dften Teil entweder als Baustoff auf Deponien eingesetzt oder direkt beseitigt. Aufgrund ihrer physikalischen und chemisch-mineralogischen Eigenschaften eignet sich die HMV-Asche auch als Einsatzstoff in Beton. Die in der HMV-Asche enthaltenen l\u00f6slichen Salze und Schwermetalle stellen jedoch ein Hindernis f\u00fcr diesen Verwertungsweg dar.
\nDas Ziel des Projekts HMV-\u00d6ko-Beton war es, Hausm\u00fcllverbrennungs-Rostaschen als rezyklierte Gesteinsk\u00f6rnung und Zementersatzstoff f\u00fcr die Herstellung von Betonfertigprodukten einzusetzen, um dadurch hochwertige, qualit\u00e4tsgesicherte und \u00f6kologisch optimale Verwertungswege f\u00fcr HMV-Aschen zu erschlie\u00dfen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenHMV-Aschen aus dem M\u00fcllheizkraftwerk Kassel wurden f\u00fcr unterschiedliche Betriebszust\u00e4nde gewonnen und roh sowie gealtert charakterisiert. Zur Charakterisierung der Proben geh\u00f6rt die Bestimmung der Korngr\u00f6\u00dfenverteilung mittels vorhandener Siebmaschinen und die Bestimmung der Materialzusammensetzung durch manuelle Sortierung. L\u00f6sliche Salze und Schwermetalle sowie relevante Feststoffgehalte an Metallen, die f\u00fcr die Nutzung als Gesteinsk\u00f6rnung bzw. Bindemittelersatz relevant sind, wurden analysiert. Zur Herstellung hochwertiger mineralischer Kornfraktionen wurden verschiedene trockene und nasse Aufbereitungstechniken im Technikumsma\u00dfstab simuliert und bilanziert. Aufbauend darauf wurden auch Aufbereitungsprozesse im Pilotma\u00dfstab mit einer mobilen Anlage auf dem Gel\u00e4nde der Firma BAUREKA durchgef\u00fchrt. Die gewonnenen mineralischen Fraktionen wurden in Arbeitspaket 2 chemisch-mineralogisch charakterisiert (Phasenanalyse und Korngr\u00f6\u00dfencharakterisierung). Die Feinfraktion wurde zementfein aufgemahlen und ihre Reaktionspotentiale wurden bestimmt. Weiterhin wurden geeignete Betonrezepte entwickelt, Betonprobek\u00f6rper hergestellt und auf ihre mechanischen und Dauerhaftigkeitseigenschaften untersucht. Im dritten Arbeitspaket wurden die Betone im halbtechnischen Ma\u00dfstab optimiert und Pflastersteine wurden hergestellt. Diese wurden auf mechanische Eigenschaften und Dauerhaftigkeit untersucht.
\nIm vierten Arbeitspaket wurden Elutionsversuche zur Bestimmung der Mobilisierbarkeit von Schadstoffen in den erzeugten Pflastersteinen durchgef\u00fchrt. Mit den gewonnenen Daten aus dem gesamten Projekt wurden Stoff- und Energiebilanzen anhand von Material- und Stoffflussanalysen f\u00fcr die betrachteten Aufbereitungs- und Verwertungspfade erstellt. Darauf basierend wurde die gesamte Verwertungskette anhand von \u00d6kobilanzen bewertet, um Umweltauswirkungen zu quantifizieren und den effektiven Umweltnutzen der Erzeugung von HMV-\u00d6ko-Beton im Vergleich zu etablierten Verwertungspfaden f\u00fcr HMV-Asche zu erfassen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Projekts HMV-\u00d6ko-Beton wurden ausgew\u00e4hlte Kornfraktionen der HMV-Asche aufbereitet und deren Eigenschaften so optimiert, dass eine Nutzung als Ersatz f\u00fcr nat\u00fcrliche Gesteinsk\u00f6rnung und Zement in Betonprodukten erm\u00f6glicht wurde. Als geeignete Aufbereitungsschritte f\u00fcr die Qualit\u00e4tsverbesserung der HMV-Aschen wurden die W\u00e4sche und weitergehende Metallsortierung der mittleren Fraktion und die sequentielle Mahlung und Siebung der Feinfraktion identifiziert. Trotz weitergehender Aufbereitung werden die Grenzwerte der EBV nicht eingehalten. Die Metalle in den Zielfraktionen konnten durch die weitergehenden Aufbereitung um 77 % bzw. 79 % in der feinen bzw. mittleren Fraktion reduziert werden. Somit betrug die Metallkonzentration 0,3 % in der feinen und 1,6 % in der mittleren Fraktion.<\/p>\n
Aufgrund der Eigenschaften der HMV-Asche-Fraktionen und den Erkenntnissen aus den bautechnischen und bauchemischen Laboranalysen wurden zweischichtige Betonpflastersteine als geeignete Produkte f\u00fcr den Einsatz der aufbereiteten HMV-Asche-Fraktionen identifiziert. Die Nutzung der gemahlenen Feinfraktion als Zementersatz ist trotz der erfolgten Abreicherung mit Restgehalten an metallischem Aluminium konfrontiert, die im Beton eine erh\u00f6hte Porosit\u00e4t und damit einhergehend eine verminderte Druckfestigkeit verursachen.<\/p>\n
Im Rahmen der Gro\u00dfversuche wurden die Labor- und Technikumsmischungen mittels Rezepturoptimierung auf ein Mischvolumen von 1,5 m\u00b3 hochskaliert. Dabei wurde bis zu 22 M.-% des Zements durch fein gemahlene HMVA und die komplette nat\u00fcrliche Gesteinsk\u00f6rnung durch die beiden HMV-Asche-Fraktionen (2 \u2013 8 mm und 0 \u2013 2 mm) substituiert. Die mit HMV-Asche hergestellten Pflastersteine wurden nach DIN EN 1338 gepr\u00fcft. Dabei wurden bestimmte normative Vorgaben in allen F\u00e4llen eingehalten, wie z.B. der Abriebwiderstand. Die Vorgabe zur Spaltzugfestigkeit wird von einer Mischung eingehalten, bei der einerseits die 2 \u2013 8 mm-Fraktion durch die entsprechende HMV-Asche ersetzt wurde und andererseits auch 11 M.-% des Zementes ersetzt wurden. Diese Mischung erf\u00fcllte aber nicht die Vorgaben f\u00fcr den CDF-Test und damit der Frostbest\u00e4ndigkeit. Die Frostbest\u00e4ndigkeit nach Norm wurde hingegen bei der Mischung nachgewiesen, bei der die 2 \u2013 8 mm-Fraktion durch die entsprechende HMV-Asche ersetzt wurde; trotzdem bestehen noch Optimierungsm\u00f6glichkeiten. <\/p>\n
Aus stoffflussanalytischer und \u00f6kologischer Sicht ist die regionale Aufbereitung und Verwertung der Zielfraktionen 0 – 2 mm und 2 – 8 mm in Betonpflastersteinen gegen\u00fcber der aktuellen Verwertungspraxis zu bevorzugen, da dadurch Recyclingniveaus erh\u00f6ht und Umweltauswirkungen reduziert werden k\u00f6nnen. Der \u00f6kologische Fu\u00dfabdruck der Pflastersteine sinkt, je mehr prim\u00e4re Rohstoffe durch sekund\u00e4re Rohstoffe ersetzt werden. Die meisten Einsparungen werden durch den Einsatz von gemahlener Feinasche als Zementersatz erzielt, aber auch die weitergehende Metallsortierung leistet einen relevanten Beitrag zu den erzielten Einsparungen. Die Eluatuntersuchungen der gebrochenen HMV-Pflastersteine zeigten, dass die untersuchten Parameter f\u00fcr die Pflastersteine mit Zementersatz und Ersatz der groben Gesteinsk\u00f6rnung gel\u00f6ste Konzentrationen aufweisen, die deutlich unter den Grenzwerten f\u00fcr Recyclingbaustoffe liegen. Diese Pflastersteine k\u00f6nnen daher auch nach ihrem Nutzungsende als Recyclingbaustoffe eingesetzt und im Kreislauf gef\u00fchrt werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Zu Beginn des Projekts wurde eine Pressemitteilung durch die Universit\u00e4t Kassel herausgegeben, in der das Vorhaben der \u00d6ffentlichkeit vorgestellt wurde. Diese Mitteilung ist auf gro\u00dfes Interesse gesto\u00dfen und hat viele R\u00fcckmeldungen ergeben.<\/p>\n
Im Rahmen des Projekts wurden die Ergebnisse auf folgende Konferenzen und Tagungen vorgestellt:<\/p>\n
\u2022 11. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft (DGAW) in Dresden im M\u00e4rz 2022
\n\u2022 Recy & DepoTech in Leoben, \u00d6sterreich im November 2022
\n\u2022 12. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft (DGAW) in Hamburg im M\u00e4rz 2023
\n\u2022 8. International Slag Valorisation Symposium in Mechelen, Belgien im April 2023
\n\u2022 Tagung der Verb\u00e4nde ITAD, IGAM und vgbe in D\u00fcsseldorf im Mai 2023
\n\u2022 Sardinia-Symposium in Sardinien im Oktober 2023
\n\u2022 2. Hessische Ressourcenschutzkonferenz in Frankfurt (Main) im November 2023<\/p>\n
Derzeit sind zwei Ver\u00f6ffentlichungen in wissenschaftlichen Fachzeitschriften in Vorbereitung. Eine betrifft die Aufbereitung der HMV-Aschen und insbesondere der Feinfraktion zur Nutzung in Beton und die andere adressiert die bautechnischen Eigenschaften der aufbereiteten HMV-Aschen f\u00fcr die Nutzung im Beton.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Projekt HMV-\u00d6ko-Beton wurden Aufbereitungsschritte f\u00fcr bestimmte Kornfraktionen von HMV-Aschen entwickelt, um ihre gezielte Nutzung als teilweises Bindemittelsubstitut und Gesteinsk\u00f6rnungsersatz in Pflastersteinen zu erm\u00f6glichen. Dabei wurden bestimmte normative Vorgaben generell eingehalten (z. B. Abriebwiderstand). Die Pflastersteine mit 100 %iger Substitution der mittleren Gesteinsk\u00f6rnung halten auch die Vorgaben f\u00fcr die Spaltzugfestigkeit ein. Die Pflastersteine mit 11 % Zementersatz zus\u00e4tzlich zum vollst\u00e4ndigen Ersatz der mittleren Gesteinsk\u00f6rnung erreichten die Anforderungen hinsichtlich Spaltzugfestigkeit knapp nicht. Hier besteht jedoch auch weiteres Optimierungspotenzial, dass durch gezielte Konditionsschritte der Feinfraktion und verbesserte Rezepturen in Zukunft ausgesch\u00f6pft werden kann. Die Verwertung der HMV-Asche in Pflastersteinen \u00fcber eine regionale Aufbereitungskette ist \u00f6kologisch vorteilhaft gegen\u00fcber der etablierten Verwertung von HMV-Asche. In Bezug auf Treibhausgasemissionen ergeben sich die gr\u00f6\u00dften CO2-Einsparungen durch die Substitution von Zement durch die aufbereitete und gemahlene Feinfraktion und die zus\u00e4tzliche Metallr\u00fcckgewinnung aus der Asche aufgrund der weitergehenden Sortierung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Beton als einer der meistgenutzten Baustoffe weltweit und insbesondere sein Bestandteil Zement sind in ihrer Herstellung rohstoff- und energieintensiv und dadurch mit erheblichen Umweltauswirkungen verbunden. In Deutschland fallen j\u00e4hrlich ca. 6 Mio. t Hausm\u00fcllverbrennungs-Rostaschen (HMV-Aschen) als fester R\u00fcckstand nach der Abfallverbrennung an. W\u00e4hrend ihrer Aufbereitung werden die enthaltenen Metalle abgetrennt […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[62,51,53],"class_list":["post-27633","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-hessen","tag-ressourcenschonung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"36064\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"243.930,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Universit\u00e4t Kassel\nFachgebiet Ressourcenmanagement\nund Abfalltechnik","dbu_projektdatenbank_strasse":"M\u00f6nchebergstr. 7","dbu_projektdatenbank_plz_str":"34125","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Kassel","dbu_projektdatenbank_p_von":"2021-09-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2023-08-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"1 Jahr und 12 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"+49 561 804-3983","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Hessen","dbu_projektdatenbank_foerderber":"170","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-36064_01-Hauptbericht.pdf, DBU-Abschlussbericht-AZ-36064_01-Anhang.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27633","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27633\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":40636,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27633\/revisions\/40636"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=27633"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=27633"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=27633"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}