Glas

Rohstoffe

Glas besteht aus mehreren Rohstoffen, die verschmolzen werden und nach dem Abkühlen erstarren. In Tabelle 1 ist die typische Zusammensetzung von Flachglas ohne Zusatzstoffe, wie beispielsweise Färbemittel, dargestellt. Glas ist ein amorpher Feststoff, bildet also keine Kristallgitter. Es besitzt eine hohe Resistenz gegenüber chemischen Einflüssen und einen hohen elektrischen Widerstand. Bei 1.300°C – 1.555°C tritt Glas als dünnflüssige Schmelze auf, wobei die Verarbeitung der Schmelze zu Produkten bei 1.200°C stattfindet. [1] Es gibt verschiedene Glassorten. In Tabelle 1 sind die vier Hauptglassorten mit einigen Eigenschaften gezeigt.

Tabelle 1: Zusammensetzung von Flachglas nach [2]

Bezeichnung	Chemische Formel	Anteil
Siliziumdioxid	SiO2	72,5%
Natriumoxid	Na2O	13,4%
Kalziumoxid	CaO	8,9%
Magnesiumoxid	MgO	3,2%
Aluminiumoxid	Al2O3	1,1%
Kaliumoxid	K20	0,5%

Siliziumdioxid

Siliziumdioxid, welches dem Prozess als Quarzsand hinzugefügt wird, ist der Hauptbestandteil der Glasschmelze. Die Schmelztemperatur des Rohstoffes liegt bei 1.860°C [2]. Quarzsand entsteht durch intensive chemische Verwitterung aus Quatzgestein. Für die Herstellung von Glas müssen die Quarzsande eine Reinheit von 99-99,8% aufweisen. Der Rohstoff wird im Tagebau abgebaut. Quarzwerke GmbH ist das größte Abbauunternehmen Deutschlands mit Zugriff auf sechs Quarzsandlagerstätten. [3]

Natriumoxid

In Form von Natriumkarbonat, umgangssprachlich Soda genannt, oder Natriumsulfat, auch Glaubersalz, wird der Schmelze Natriumoxid zugeführt. Mit einer Schmelztemperatur von 850°C wird dieser Rohstoff in der Glasherstellung als Schmelzbeschleuniger eingesetzt [2] Soda kann sowohl aus natürlichen Vorkommen abgebaut, als auch synthetisch hergestellt werden. In Deutschland wird die synthetische Herstellung betrieben. Die Ausgangsstoffe für die Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel das Solvay-Verfahren, sind Kalkstein und Natriumchlorid. [4]

Kalzium- und Magnesiumoxid

Diese Oxide dienen als Stabilisatoren und gelangen über das Kalkgestein Dolomit, welches auch einen Magnesiumgehalt aufweist, in die Herstellung. Die Schmelztemperatur liegt bei 2.500°C. [2]

Aluminiumoxid

In Form von Feldspat, zum Beispiel als Tonerde oder Bauxit, gelang Aluminiumoxid in den Prozess [2]. Das Ziel ist die Erhöhung der Festigkeit, Härte und der chemischen Beständigkeit [1].

Kaliumoxid

Für eine erhöhte Brillanz des Glases sorgt Kaliumoxid, welches der Herstellung mittels Pottasche zugeführt wird [1]. Die geringe Schmelztemperatur von 890°C bedingt außerdem eine Nutzung als Flussmittel [2].

Tabelle 2: Hauptglassorten nach [1]

Name	Gehalt Quarzsand	Besondere Zuschlagsstoffe	Eigenschaften	Verwendung
Kalknatronglas	71%-75%	keine	Lichtdurchlässig, Glatte Oberfläche	Getränkeflaschen, Lebensmittelgläser, Flachglas
Bleiglas	54%-65%	Bleioxid	Hohe Lichtbrechung	Schalen, Vasen, Aschenbecher
Borosilikatglas	70%-80%	Bortrioxid	Hohe Beständigkeit gegenüber chemischen Einwirkungen und Temperatur	Laborgläser, feuerfestes Geschirr
Spezialgläser	unterschiedlich	unterschiedlich	Besondere technische und chemische Ansprüche	Brillengläser, Ferngläser, Glaskeramik

Tabelle 3: Zusammensetzung verschiedener Glassorten nach [1]

Glassorte	SiO2	Al2O3	Na2O	K2O	MgO	CaO	B2O3	PbO	TiO2	Flouride
Quarzglas	100%	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Behälterglas	72%	2%	14%	-	-	10%	-	-	-	-
Floatglas	72%	1,5%	13,5%	-	3,5%	8,5%	-	-	-	-
römisches Glas	70%	5%	16,5%	1%	0,5%	7%	-	-	-	-
Laborglas	80%	3%	4%	0,5%	-	-	12,5%	-	-	-
E-Glas	54%	14%	-	-	4,5%	17,5%	10%	-	-	-
Emaille	40%	1,5%	9%	6%	1%	-	10%	4%	15%	13%
Bleikristallglas	60%	8%	2,5%	12%	-	-	-	17,5%	-	-

Herstellung

Die Rohstoffe für die Herstellung von Glas werden in Wannen miteinander verschmolzen. Dabei wird zwischen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Wannen unterschieden. Kontinuierliche Wannen werden für die Herstellung großer Mengen verwendet und mit Gas oder Öl betrieben, während diskontinuierliche Wannen für Gläser verwendet werden, die nur in geringem Umfang produziert werden. Diese können auch nur elektrisch erhitzt werden. Je nach Glassorte werden Temperaturen von 900°C bis 1600°C benötigt. Die Glasherstellung ist ein energieaufwändiger Prozess mit hohen CO2- und NOx-Emissionen . Nach der Schmelze finden die Formgebenden Prozesse statt. Flachglas wird gewalzt, Behälterglas wir beispielsweise geblasen oder gepresst. [6] Eine spezielle Variante des Press-Blas-Verfahrens, das Enghals-Press-Blas-Verfahren, ermöglicht die Produktion von dünnwandigem Leichtglas. Dadurch können Rohstoffe, Gewicht und Transportkosten gespart werden. Außerdem kühlt das Glas nach der Fertigung schneller ab und ermöglicht so die Produktion größerer Stückzahlen. [9]

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Anwendungsgebiete

Die Umsatzstärkste Branche der Glasindustrie in Deutschland ist die Flachglasveredelung. Dazu zählt beispielsweise die thermische und chemische Veredelung von Flachgläsern. [10] Es folgt die Behälterglasherstellung mit einem Umsatzanteil von 25%. In Abbildung 5 sind die verschiedenen Branchen und die prozentuale Verteilung der Umsätze gezeigt.

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Die Bauindustrie ist mit fast 50% der größte Abnehmer der Glasindustrie. An zweiter Stelle steht die Ernährungs- und Getränkeindustrie.

Glasrecycling

Glasrecycling lässt sich sowohl als Pfandsystem, als auch durch die Zugabe von Altglas in die Schmelze durchführen. Pfandflaschen können nach einer gründlichen Reinigung wieder befüllt werden. Nach etwa 50 Spülvorgängen werden Optik und Funktion des Verschlusses beeinträchtigt. Dieses Altglas kann dem Herstellungsprozess in Form von farblich gleichen Scherben zugegeben werden. Altglas kann unendlich oft eingeschmolzen werden. [1] Auch Reststoffe des Recyclingprozesses können recycelt werden. Hier bietet sich zum Beispiel der Einsatz als Reflektoren in Straßenmarkierungen, als Dämmstoff oder beim Sandstrahlverfahren an. [1]

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Die Sammlung von Glas für das Recycling erfolgt anhand von Sammelstellen, von denen es in Deutschland circa 300.000 Stück gibt. Dort wird nach den Glasfarben Weiß, Grün und Braun getrennt. [1]

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Verwertungsquoten

2019 lag das gesamte Abfallaufkommen von Glas in Deutschland bei 2.640.000 Tonnen und machte damit 5,2% des gesamten Abfallaufkommens aus. Davon wurden 1000 Tonnen durch Ablagerung beseitigt. 1000 Tonnen wurden der energetischen Verwertung zugeführt. 2.638.000 Tonnen wurden der stofflichen Verwertung zugeführt. Das entspricht einer Verwertungsquote von fast 100%. [14] 2020 machte Altglas 4,6% des Hausmülls in Deutschland aus. [15] Die Verwertungsquote von Glas als Verpackungsmaterial lag in 2018 bei 83%. [16] In Abbildung 9 sind die Verwertungsquoten einiger Jahre von 1997 bis 2018 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Quote seit 2016 sinkt. Das ist auf den steigenden Preis der Altglasscherben zurückzuführen, sodass der Einsatz dieser nicht mehr lohnenswert ist. [17]

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Der Einsatz von Altglasscherben unterscheidet sich je nach Glasfarbe. 2006 wurden im Durchschnitt 40% Altglas für die Produktion von Braunglas verwendet, bei Weißglas waren es 57%. Bei der Grünglasproduktion lag der Einsatz von Altglas bei 63%. [18]

Energieeinsparungen

Durch die niedrigeren Schmelztemperaturen von Altglasscherben im Gegensatz zu dem Rohstoffgemenge bei der Primärherstellung sinkt der Energiebedarf pro 10 Massen-% eingesetztem Altglas etwa um 2% - 3%. Dazu werden Rohstoffe eingespart und somit auch die Enegie, die für den Abbau- und Herstellungsprozess benötigt werden würde. [18]

Reinheitsanforderungen

An Altglas, welches für die stoffliche Verwertung wieder genutzt werden soll, werden hohe Anforderungen bezüglich der Reinheit gestellt. In einer Tonne Altglas für diese Zwecke dürfen sich maximal 25 g Keramik, Stein und Porzellan und maximal 5 g Nichteisenmetalle befinden. Auch für andere Störstoffe müssen Grenzwerte eingehalten werden. [18] Die Fraktion Keramik, Stein und Porzellan hat einen höheren Schmelzpunkt als Glas und würde somit zu Einschlüssen in dem fertigen Glasprodukt führen. Metalle können eine Zerstörung des Schmelzwannenbodens mit sich bringen. Aluminiumdeckel werden von den Glasrecyclern mithilfe von sensorgestützter Sortierung aussortiert und erlösbringend verkauft. [1] Gegenüber Verunreinigungen durch andersfarbige Altglasscherben ist Weißglas am empfindlichsten. Der Fremdfarbenanteil darf maximal 0,3% betragen, wohingegen er bei braunem Glas bis zu 8% betragen kann. Bei Grünglas ist ein Fremdfarbenanteil von bis zu 15% akzeptabel. In diese Fraktion gehört auch blaues Glas. [1,18]