Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen

Betriebsinterne Recyclingprozesse können Materialien bzw. Stoffe im Kreislauf führen. Materialverluste und Ausschüsse der im Prozess verarbeiteten Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe, können durch innerbetriebliche Kreislaufführung erneut als Input für die Produktion verwendet werden.

Ziel der innerbetrieblichen Kreislaufführung

Das Ziel der innerbetrieblichen Kreislaufführung ist die Förderung der Wiederverwendung bzw. Wiederverwertung von Stoffen, die zur Herstellung eines Produkts benötigt werden. Es kommen Betriebsstoffe infrage, die sich ohne eine Aufarbeitung wieder für denselben Zweck einsetzen lassen, aber auch Materialverluste und Ausschüsse der im Prozess verarbeiteten Roh- und Hilfsstoffe, die nach einer Aufarbeitung erneut als Input für die Produktion verwendet werden können. . Bei der Implementierung von Kreislaufführungsstrategien ist aus ökonomischer sowie ökologischer Sicht zu beachten, dass der betriebene ökonomische sowie ökologische Aufwand, unter dem der Nutzung von Primärrohstoffen liegt.* VDI Zentrum Ressourceneffizienz. Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen. ressource-deutschland.de. (Online) (Zitat vom: 12.02.2020).

Recycling von geplantem Verlust und Ausschuss

Ausschüsse entstehen in der Produktion aufgrund von Qualitätsabweichungen zwischen dem Output der Prozesse und den Anforderungen an das (Teil-)Produktergebnis seitens der Konstruktion. Als geplanter Verlust wird der Anteil des Rohmaterials bezeichnet, der technisch bedingt durch Formänderung des Materials anfällt und nicht in das finale Produkt eingeht. Beide Arten von verschwenderischen Stoffströmen innerhalb des Produktionsprozesses sind unerwünscht, jedoch nur zu einem gewissen Grad vermeidbar. Innerbetriebliche Kreislaufführung kann daher dabei helfen, diese nicht produktiv nutzbaren Materialien wieder in den Prozess zurückzuführen. Der Vorteil bei diesen Stoffen (v. a. bei Halbzeugen oder Halbfabrikaten) besteht darin, dass sie zumeist sortenrein vorliegen und deshalb relativ leicht rezyklierbar sind.* VDI Zentrum Ressourceneffizienz. Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen. ressource-deutschland.de. (Online) (Zitat vom: 12.02.2020). Werden hingegen Komponenten oder ein finales Produkt durch die Qualitätssicherung ausgemustert, liegt eine Sortenreinheit von Rohstoffen zumeist nicht mehr vor.

Die Grafik visualisiert das Recycling von geplantem Verlust und Ausschuss. In einem Kreis ist die Produktion, Ausschuss, Aufarbeitung und Rückführung innerhalb des Prozesses angeordnet.© VDI ZRE

Recycling von sortenreinen Stoffen in der Umsetzung

Innerbetriebliche Kreislaufführung von Aluminium

Sehr groß ist das Recyclingpotenzial in der Metallindustrie. Dort kann entstehender Ausschuss, wenn er richtig gesammelt wird, wieder eingeschmolzen werden. Ein gutes Beispiel hierfür liefert die OTTO FUCHS AG, die in der Metallverarbeitung tätig ist. Der Unternehmensstandort in Meinerzhagen verarbeitet in erster Linie unterschiedliche Aluminiumwerkstoffe. Das Material wird in einer hauseigenen Stranggießerei hergestellt. Rund 80 % des eingesetzten Aluminiums und der eingesetzten Aluminiumlegierungen werden dabei aus Rücklaufmaterialien des internen Fertigungsprozesses (z. B. Graten, Pressresten oder Spänen) gewonnen. Für das im Recyclingprozess hergestellte Sekundäraluminium werden nur noch 5 % der ursprünglich eingesetzten Energie aufgewandt, ohne dass dabei Qualitätsverluste entstehen. Der Betrieb verwendet dabei Zweikammeröfen nach neuester Bauart, um die Energie- und Ressourceneffizienz zu erhöhen. Durch das Wiederverwenden von Ausschuss vermeidet der Betrieb im Durchschnitt fünf LKW-Transporte von Rücklaufmaterial pro Woche und spart insgesamt ca. 9.000 Tonnen CO2 pro Jahr ein.

Betriebsinternes Recycling von Zink

Ein weiteres gutes Beispiel für betriebsinternes Recycling bietet das Verzinkungsunternehmen Voigt & Schweitzer GmbH & Co. KG. Primärzink ist ein teurer Rohstoff und Zink in Reststoffen verursacht Kosten bei der Entsorgung. Zudem ist die Primärproduktion von Zink sehr energieaufwändig.* Bei der Verzinkung von Stahl fallen Zinkaschen als festes Reaktionsprodukt aus Flussmittelsalzen, Filterstaub (als Verbrennungsprodukt) und Hartzinken an, das sich am Boden des Verzinkungskessels ablagert. Diese Rückstände sammelt das Unternehmen und schmilzt sie wieder in hochwertiges Zink ein. So können jährlich ca. 700 Tonnen Zink aus rezykliertem Material zurückgewonnen werden.

Wiederverwertung von Baurückständen

Auch im Baugewerbe gibt es ein hohes Recyclingpotenzial. So bieten einige Baufirmen neben ihren üblichen Dienstleistungen auch unterschiedliche Wiederverwertungs- bzw. Wiederverwendungsmöglichkeiten von Bauschutt und Ähnlichem an. Ein Beispiel ist das Bauunternehmen Hermann Dallmann Straßen- und Tiefbau GmbH & Co. KG.  Das Unternehmen ist spezialisiert auf den Straßen- und Tiefbau. Zusätzlich bietet es die Wiederverwertung unterschiedlichster Baurückstände an. Das entstehende Material liefert es entweder an andere Unternehmen oder verwendet es für eigene Bauprojekte. Dabei kommt eine eigene Recyclinganlage zum Einsatz, die Asphalt, Beton, Bauschutt und andere Baustoffe wiederverwerten kann. Mobile Brech- und Siebanlagen helfen, die Rohstoffe zügig zu verarbeiten. Das Unternehmen betreibt zudem eigene Bodendeponien. Dort werden unbelastete Böden angenommen und für unterschiedliche Projekte wieder zur Verfügung gestellt.

Recycling von Stoffgemischen

Eine größere Herausforderung als das Recycling sortenreiner Rohstoffe stellt das Recycling von Stoffgemischen dar. Diese fallen oftmals als Nebenprodukte innerhalb der Produktionsprozesse an. Die Entsorgung dieser teils umwelt- und/oder gesundheitsschädlichen Substanzen als Sondermüll ist aufwändig und teuer. Kreislaufführung kann hier dabei helfen, Abfälle zu vermeiden und zusätzlich Kosten für die Neubeschaffung der Produktionsinputs zu verringern. Die hierfür notwendigen Aufbereitungsprozesse dienen dazu, Stoffe so weit wie möglich voneinander zu trennen und aufzureinigen.* VDI Zentrum Ressourceneffizienz. Kreislaufführung von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen. ressource-deutschland.de. (Online) (Zitat vom: 12.02.2020).

Das Bild visualisiert die Kreislaufführung von Stoffgemischen. Es ist ein Kreislauf abgebildet von Prodiktion, Stoffgemische als Nebenprodukte, Trennung und Reinigung der Rohstoffe sowie Rückführung innerhalb des Betriebs.© VDI ZRE

Recycling von Stoffgemischen in der Umsetzung

Mikrobielles Verfahren zur Rückgewinnung von Schwermetallen

Mittlerweile gibt es innovative Verfahren, die helfen, Stoffgemische zu trennen und aufzuarbeiten. So haben Wissenschaftler der Universitäten Oldenburg und Bremen ein mikrobielles Verfahren zur Rückgewinnung von Schwermetallen (vor allem Kupfer) aus Galvanikschlämmen entwickelt. Dabei werden die Metalle mit Hilfe von Eisen und Bakterien ohne Chemikalienzusatz aus den Abwässern herausgelöst. Das Schwermetall liegt nach der Behandlung in elementarer Form vor, kann also eingeschmolzen und wiederverwertet werden. Eingesetzt wird das Verfahren unter anderem beim Unternehmen Straschu Leiterplatten. Dort konnten mithilfe dieser Technik etwa 80 % des überwachungsbedürftigen Galvanikschlamms vermieden, und damit 50 % der ursprünglichen Entsorgungskosten eingespart werden.

Kreislaufführung von Phenol

Ein weiteres gutes Beispiel ist das Recycling von Phenol zur Herstellung von Polycarbonaten. Das Unternehmen Lanxess produziert in Mannheim Chemikalien, die als Ausgangsstoff zur Herstellung von Polycarbonaten dienen. Als einer der Inputs in den Prozess wird hier Phenol verwendet, welcher verfahrensbedingt im Überschuss eingesetzt wird. Demnach reagiert nur ein Teil der zugegebenen Phenolmenge zu dem gewünschten Produkt. Der nichtumgesetzte Phenolanteil liegt am Reaktorausgang noch unverbraucht im Reaktionsgemisch vor und könnte prinzipiell zurückgewonnen werden. Bisher war dies jedoch schwierig, da in den Prozessabwässern auch andere Stoffe, wie z. B. weitere Alkohole, enthalten sind. Daher mussten die Abwässer aufgrund der Toxizität von Phenol als Sondermüll entsorgt werden. Die Herausforderung am Standort Mannheim bestand darin, ein Verfahren zu entwickeln, um den Phenolstoffkreislauf zu schließen, ohne dabei die gegebenen Anlagen grundlegend verändern zu müssen. In dem entwickelten Verfahren basierend auf einem Destillationsprozess, können jährlich 150 Tonnen Phenol eingespart werden. Außerdem konnten kontaminierte Abfälle im Umfang von 150 Tonnen vermieden werden, wodurch eine Einsparung von Entsorgungskosten von bis zu 30.000 Euro ermöglicht wurde.

Rückgewinnung von Schleiföl

Während der Metallbearbeitung finden an diversen Standorten der Schaeffler Gruppe Schleifprozesse statt, bei denen entweder Öl oder eine Emulsion als Kühlschmierstoff zum Einsatz kommt. Bei der Pflege dieser Kühlschmierstoffe in zentralen Reinigungs- und Filteranlagen fällt regelmäßig sogenannter Schleifschlamm als Abfallprodukt an. Im Schlamm enthalten sind üblicherweise Stahlreste, Schmutz, Schleifscheibenabrieb und Öl bzw. Emulsion. Im herkömmlichen Verfahren wurden die Schleifschlämme in großen Behältern aufgefangen und von Entsorgungsdienstleistern entgegengenommen, mit Stahlspänen versetzt und in Hochöfen eingeschmolzen, sodass besonders bei sehr ölhaltigen Abfällen viel wertvolles Material verloren ging und teuer wieder eingekauft werden musste. Das Verfahren wurde nun verbessert, sodass der Ölaustrag stark reduziert werden konnte. In Brikettieranlagen wird der Schlamm jetzt zu zylindrischen Briketts zusammengepresst, sodass das Öl abgesondert und aufgefangen wird. Lediglich 10 bis 15 % des Öls bleiben im Schlamm zurück. Das restliche, rückgewonnene Öl kann nachfolgend wieder im Schleifprozess Anwendung finden und wird somit im Kreis geführt. Ein weiterer Vorteil besteht in der Halbierung der Entsorgungsmenge des Schleifschlammes. Bei einer Neuanlage aus dem Jahr 2007 betrug die jährliche Einsparung ca. 600.000 Euro gegenüber einer Investition von 400.000 Euro. Die Amortisationszeit machte somit weniger als ein Jahr aus.

Kreislaufführung von Wasser

Auch Frischwasser ist eine wertvolle Ressource. Deshalb gibt es viele Ansätze für die Mehrfachnutzung (vgl. Kaskadennutzung) oder die Kreislaufführung von Prozesswässern. Bei der Mehrfachnutzung von Wasser wird differenziert zwischen einfacher Mehrfachnutzung ohne Aufbereitung (das Prozesswasser wird ohne jegliche Behandlung im Betrieb mehrfach benutzt und dann als Abwasser entsorgt) und Mehrfachnutzung mit Aufbereitung (das benutzte Prozesswasser wird aufbereitet und wieder als Prozesswasser im Betrieb benutzt und dann als Abwasser entsorgt). Bei der Kreislaufführung wird zwischen drei Kategorien unterschieden. Bei der dezentralen Kreislaufführung wird das benutzte Prozesswasser direkt aufbereitet und zur gleichen Fertigungsstufe zurückgeführt. Bei der zentralen Kreislaufführung wird das Wasser aus mehreren Fertigungsstufen gesammelt, aufbereitet und anschließend als Prozesswasser wieder verwendet. Es fällt dabei kein Abwasser an. Zuletzt lässt sich die Mehrfachnutzung noch mit der Kreislaufführung kombinieren. Die Prozesswässer werden mehrfach genutzt (mit oder ohne Aufbereitung) und danach gesammelt, aufbereitet und wieder als Prozesswässer verwendet. Auch hier fällt kein Abwasser an.* Stiefel, Rolf. Abwasserrecycling und Regenwassernutzung. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2014. ISBN 978-3-658-01040-9. S. 40.

Die Grafik visualisiert die Kreislaufführung von Wasser. Zentral ist die Produktion. Von dort geht ein Pfeil zu Prozesswasser. Von dort trennen sich zwei parallele Stationen "ohne Aufbereitung" und "mit Aufbereitung". Beides fließt weiter zu Wiederverwendung.© VDI ZRE

Kreislaufführung von Wasser in der Umsetzung

Mehrfachwassernutzung in der Verzinkung

Ein gutes Beispiel für die Mehrfachnutzung ohne Aufbereitung ist das Werk Rheinzink. Das Werk betreibt unter anderem eine Gießmaschine, in der aus flüssigen Bauzinklegierungen ein fester Gussstrang erzeugt wird. Dieser Gussstrang muss nach dem Verlassen der Maschine mit Wasserdüsen heruntergekühlt werden, bevor das fertige Halbzeug gewalzt werden kann. Anstatt das Kühlwasser nach einmaliger Nutzung wieder in Kühltürme abzuleiten, wird es aufgefangen und nochmals zur Kühlung verwendet. Nach der Nutzung wird es durch ein Abweisblech in eine Wanne geführt, von der es direkt wieder in die Spritzdüsen gelangt. Durch die Mehrfachnutzung konnte der jährliche Wasserverbrauch im gesamten Werk um 10.000 m3 pro Jahr gesenkt werden.

Kontakt

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