Recycling von Polymeren aus Schredderfraktionen
bei der Automobil- und Elektroaltgeräteverwertung
Foto (c) Kulturexpress, Meldung: DBU |
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Ein
ausgereiftes Verfahren ist bislang nicht gefunden worden. Mit
heute verfügbaren Trennverfahren gelingt es oftmals nicht, die
für eine direkte stoffliche Verwertung erforderlichen Kriterien
einzuhalten.
Mischfraktionen werden daher weit überwiegend nur thermisch
verwertet. Gegenstand des von der Deutschen Bundesstiftung
Umwelt (DBU) fachlich und finanziell geförderten Projektes war
es, ein Laser-basiertes Erkennungs- und Separationsverfahren zu
entwickeln, um die wertvollen Polymerfraktionen aus
Elektroaltgeräten- und Automobil-Leichtfraktionen sortenrein
zurückzugewinnen. Im Fokus dieser Entwicklung standen
insbesondere Polyolefine (PO) (= Polypropylen, Polyethylen),
Polystyrol (PS), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) sowie Blends
aus Polycarbonat und ABS (PC-ABS) mit dem Ziel, eine
Produktreinheit oberhalb 98 Prozent zu realisieren. Aus
wirtschaftlichen Gründen wurden dabei zu analysierende und zu
sortierende Stoffströme von bis zu 10 Tonnen pro Stunde
angestrebt.
Zielsetzung:
Jährlich fallen ca. 400.000 t an Kunststoffen im Bereich
Elektronik-Altgeräte und mehr als 1.000.000 t beim Recycling von
Automobilen allein in Deutschland an. Insbesondere die darin zu
einem hohen Prozentsatz enthaltenen schwarzen/dunklen Polymeren
können nach dem heutigen Stand der Technik nicht identifiziert
und daher auch nicht sortenrein zurückgewonnen werden.
Zielsetzung des Vorhabens war daher die Entwicklung eines
sensitiven und selektiven Detektions- und Sortierprozesses zur
hochwertigen Rückgewinnung und Wiederverwendung der
verschiedenen Kunststoff-Materialien in der Absicht, in Zukunft
bedeutende Mengen an Rohölverbrauch zu substituieren.
Arbeitsschritte und angewandte Methoden:
Zur Lösung des Problems wurde eine Maschine entwickelt, die aus
einem on-line Kunststoff-Material-Detektionsmodul kombiniert mit
einem Sortiermodul besteht. Die Analyse der Polymer-Bruchstücke
erfolgt über optische Spektroskopie, hier die Analyse der
UV-Fluoreszenz nach Anregung mit einem Laser. Die
Arbeitsschritte lauteten wie folgt:
- Entwicklung des Moduls zur Vereinzelung der
Polymer-Bruchstücke,
- Entwicklung einer innovativen Einkopplung der optischen
Strahlungsquelle,
- Erstellung und Test der Hard- und Software für die
Signalverarbeitung,
- Entwicklung und Bau sowie Erprobung des Sortiermoduls,
- Erprobung der Einzelmodule und der Gesamtmaschine an
repräsentativen Schredder-Fraktionen-Chargen verschiedener
Recycling-Unternehmen.
Ergebnisse und Diskussion:
Bezüglich des mechatronischen Verfahrens wurde ein System gemäß
Patent DE102014111871 erfunden, welches aus acht identischen
Teilsegmenten besteht, die ein geschlossenes
rotationssymmetrisches Modulsystem bilden. Letzteres ist
insbesondere durch eine hohe Produktionsleistung von 10 t/h und
einen sehr geringen Platzbedarf gekennzeichnet. Mit dem System
sind insbesondere auch parallele Mehrfach-Sortierungen durch
unterschiedliche Belegung der einzelnen Segmente möglich. Nach
intensivsten Entwicklungsanstrengungen gemäß den Projektplänen
auf den Gebieten Mechatronik, mechanische Trenntechniken,
Konstruktion, Fertigung, Applikation, Hard- und Software,
Spektroskopie, Feldtests und Auswertealgorithmen ist es
gelungen, eine den Zielen voll entsprechende Recycling-Maschine
POWERSORT 360 zu realisieren.
Fazit:
Das Projekt wurde trotz erheblicher Entwicklungsschwierigkeiten
sehr erfolgreich durchgeführt. Die technischen Schwierigkeiten
lagen insbesondere in den zu kurzen Standzeiten der bisher
verfügbaren Laser und im Hardwarebereich der Prozesssteuerung in
der nicht spezifikationsgerechten Leistungsfähigkeit verfügbarer
Höchstgeschwindigkeits-Rechenbausteine. Immerhin müssen pro
Sekunde rund eine Million Spektren ausgewertet, den jeweiligen
Polymer-Bruchstücken zugeordnet, und dann die 384 kreisförmig
angeordneten Düsen für die Ausblasung in der Sortierstufe
passend angesteuert werden. Als im Vergleich zu der zunächst
angestrebten Lösung eine sogar noch weit bessere und vor allem
zukunftsträchtigere und wirtschaftlichere Konfiguration vom
Unisensor-Softwareteam gefunden wurde, war der Weg zum
Gesamterfolg frei. Es zeigte sich, dass durch Einsatz eines
Quad-Core PC als Rechenknoten und durch Verwendung von mehr als
12 Multicore-Rechnern eine zukunftsweisende, zukünftig
skalierbare Lösung gefunden wurde.
Es stehen zum Projektabschluss zwei ausgereifte neue
Maschinenkonzepte bereit, die die gestellten Aufgaben im Bereich
der Elektroaltgeräte (Maschinentyp I) bzw. das Recycling von
Automobilkunststoffen (Maschinentyp ll) spezifikationsgerecht
erfüllen. Maschinentyp I wird voraussichtlich im April,
Maschinentyp II im September 2016 als auslieferungsfähige
Gesamtsysteme den bereits in Kooperation befindlichen Kunden im
jeweiligen Prozess zur Verfügung stehen. Als ganz wichtiges
Alleinstellungsmerkmal beider Typen ist festzuhalten, dass
insbesondere schwarze bzw. dunkel eingefärbte Polymere
detektiert und mit hoher Sortenreinheit von über 98 % sortiert
werden können. Das jetzt zur Verfügung stehende Verfahren
bedeutet für das hochwertige Kunststoffrecycling einen
Quantensprung und erschließt bislang nicht zugängliche
Stoffströme der wirtschaftlichen Verwertung.
Info:
Projektpartner UNISENSOR Sensorsysteme GmbH, Karlsruhe,
Baden-Württemberg – Fördersumme DBU: 125.000 Euro - Präsentation
25. bis 29. April, Hannover Messe, Stand des VDI (Halle 2, C40)
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