Verbunde
Eine Herausforderung in der Aufbereitung fester Abfälle ist die Heterogenität des Abfalls. Oft sind verschiedene Stoffe miteinander vermischt und müssen in Aufbereitungsprozessen von-einander getrennt werden, um die enthaltenen Rohstoffe wieder nutzbar zu machen. Dabei können die Stoffe auch als feste Verbunde vorliegen. Als Verbundpartikel werden Teilchen bezeichnet, die sowohl aus dem Zielstoff einer Aufbereitungsaufgabe als auch aus Matrixstoff bestehen. Der Zielstoff stellt dabei den Feststoff dar, dessen Abtrennung das Ziel der Aufbereitung ist und der Matrixstoff fasst alle anderen Feststoffe zusammen. Abbildung 1 illustriert die Zusammensetzung aus Matrixstoff und Zielstoff[1].
Mit der zunehmenden Komplexität moderner Produkte und Verpackungen treten Wertstoffe im Recycling vermehrt als Verbunde auf. Von den 51 Mt Siedlungsabfall in Deutschland im Jahr 2020 entfielen etwa 10 % (5,2 Mt) auf gemischte Verpackungen und 4,4 % (2,2 Mt) auf die Kategorie Sonstiges, wozu auch die Verbunde zählen [Statistisches Bundesamt 2022, S. 34] Im Jahr 2019 fielen etwa 19 Mt Verpackungsabfälle nach VerpackG an. Darunter waren ca. 171 kt Flüssigkeitskartonagen, wie bspw. Getränkekartonverpackungen [2]. Der Gesetzgeber reagiert darauf mit Verwertungsquoten für Verbunde. Mussten vor 2022 noch 55 M.-% von Verbundverpackungen (ohne Getränkeverpackungen) und 75 M.-% von Getränkekartonverpackungen verwertet werden, so stiegen diese Zahlen ab dem 01. Januar 2022 auf 70 M.-% bzw. 80 M.-% an [3]
Um den Zielstoff wieder nutzbar zu machen, müssen die Verbunde aufgetrennt werden. Andernfalls droht eine Verschleppung von Wertstoffen in den Rest und dadurch der Verlust von Ressourcen [4]. Gelingt der Aufschluss von Verbunden nicht, so wer-den diese in der Stoffgruppenliste als Teil der Stoffgruppe „Rest“ aufgeführt [4]. Die Auftrennung geschieht zumeist über eine Aufschlusszerkleinerung [1]. Als Materialaufschluss werden daher die Zerkleinerung und die einhergehende Auftrennung in einzelne Fraktionen sowie das Einstellen ausgewählter Korngrößen bezeichnet [4]. Abhängig von der Anwendung, kann auch ein Auflösen des Materials von Nutzen sein (z. B. beim Pulper), um die verschiedenen Stoffe zu trennen [4]. Je komplexer und zahlreicher hierbei die Verbunde im Inputmaterial sind, desto aufwändiger ist auch die Aufbereitung des Materials, was wiederum zu einer Erhöhung der spezifischen Aufbereitungskosten führt [4]. Auf diese Weise dirigiert der Anteil an Verbunden einer Aufgabe den Entwurf der Prozesskette vom gesamten Aufbereitungsverfahren. Verbundstoffe hemmen die Qualität einer Sortierung [4]. Für einen optimalen Materialaufschluss von Verbunden ist eine selektive Zerkleinerung von Nöten. Bei einem selektiven Aufschluss verlaufen die zerkleinerungsbedingten Bruchlinien ausschließlich durch den Matrixstoff, während der Zielstoff unzerkleinert ins Produkt überführt wird. Im Gegensatz dazu werden beim unselektiven Aufschluss auch im Zielstoff Brüche hervorgerufen (vgl. Abbildung 2)[1].
Beim Entwurf von Aufbereitungsprozessen für Inputmaterialien mit hohem Verbundanteil ist die Wahl des Zerkleinerungsaggregates entscheidend. Einige Aggregate wie die Hammermühle, die Prallmühle oder der Backenbrecher, eigenen sich besonders für die selektive Zerkleinerung. Spröde Materialien zerplatzen durch die Druck-, Prall- oder Schlagbeanspruchung der Zerkleinerungswerkzeuge (z. B. der Hämmer) und faserige elastische oder duktile Materialien erfahren nur geringe Beanspruchung, bei der Hammermühle bspw. aufgrund der beweglichen Lagerung der Hämmer. Ausschlaggebend bei der Wahl des Aggregats ist häufig in welcher Kombination von Materialeigenschaften die Verbunde vorliegen (z.B. spröde und elastisch) [4].
Nach der Zerkleinerung können mithilfe des Aufschlussgrades L* für den Zielstoff die Aufschlussverhältnisse beurteilt werden. Er setzt die Korngrößen a des Zielstoffs und die Korngröße d des Matrixstoffs nach dem Aufschluss ins Verhältnis [1]:
L =(a-d)2/a2
Proben im MassLab
Literaturverzeichnis
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Bunge, Rainer (2012): Mechanische Aufbereitung. Primär- und Sekundärrohstoffe. Wein-heim: Wiley-VCH.
- ↑ Burger, Alexandar; Cayé, Nicolas; Jaegermann, Corinna; Schüler, Kurt (2021): Aufkommen und Verwertung von Verpackungsabfällen in Deutschland im Jahr 2019. Abschlussbericht. Hg. v. Umweltbundesamt. GVM Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung mbH. Online verfügbar unter https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2021-11-23_texte_148-2021_aufkommen-verwertung-verpackungsabfaelle-deutschland-2019_bf.pdf, zuletzt geprüft am 01.08.2022.
- ↑ Deutscher Bundestag (2021): Gesetz über das Inverkehrbringen, die Rücknahme und die hochwertige Verwertung von Verpackungen (Verpackungsgesetz). VerpackG. Online verfügbar unter https://www.verpackungsgesetz.com/wp-content/uploads/gesetz_verpackg_final_fassung_ab_20220701.pdf, zuletzt geprüft am 01.08.2022.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Kranert, Martin (Hg.) (2017): Einführung in die Kreislaufwirtschaft. Planung - Recht - Verfahren. Springer Fachmedien Wiesbaden. 5. Auflage. Wiesbaden, Heidelberg: Springer Vieweg. Online verfügbar unter http://extras.springer.com/2018/978-3-8348-1837-9.