Sensorgestützte VIS-Sortierung zur Charakterisierung und Glasentfernung von Müllverbrennungs-Bettaschen

Moderne Gesellschaften konsumieren große Mengen an Ressourcen. Dieser Ressourcenkonsum ist eine der wichtigsten Grundlagen des Wohlstands moderner Gesellschaften. Gleichzeitig hat dieser Konsum auch schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt und damit die Lebensgrundlage zukünftiger Generationen. Die Knappheit an natürlichen Ressourcen, der zunehmende Verlust an Biodiversität, aber auch die Emission von Luftschadstoffen und Treibhausgasen, hängen unmittelbar mit dem Ressourcenkonsum moderner Gesellschaften zusammen. Um den Konsum an natürlichen Ressourcen zu reduzieren und somit auch zukünftigen Generationen eine Lebensgrundlage zu erhalten, hat die Europäische Union das Kreislaufwirtschaftspaket verabschiedet (Kalmykova et al. 2018). Durch verschiedene Maßnahmen soll der Konsum an natürlichen Ressourcen und die damit in Verbindung stehenden negativen Auswirkungen auf Gesellschaft und Umwelt reduziert werden. Eine wichtige Maßnahme dabei ist Abfallrecycling. Gemessen wird der Erfolg dieser Maßnahme durch die Erreichung von Recyclingzielen, angegeben als recycelte Abfälle in Massen-Prozent (m-%) der in Umlauf gebrachten Güter (Fellner und Lederer 2020). Festgelegt wurden Recyclingziele für verschiedene Abfälle, inklusive Verpackungen aus Glas. Hier sollen bis zum Jahr 2025 70 m-% und bis zum Jahr 2030 75 m-% aller in Umlauf gebrachten Glasverpackungen recycelt werden (EU 2018). Zwar ist Österreich hier mit einer Recyclingrate von 81,6 m-% im Jahr 2020 schon auf einem recht guten Weg. Trotzdem ist Vorsicht geboten. Zum einen ist die Recyclingrate seit dem Jahr 2016, als ein Höchststand von 85,2 m-% erreicht wurde, rückläufig (BMK 2023). Zum anderen bietet das Recycling von Glas ein großes Potenzial zur Einsparung von natürlichen Ressourcen wie mineralischen Rohstoffen oder dem wichtigsten Energieträger bei der Glasproduktion, nämlich Erdgas. Dadurch können auch Emissionen, vor allem Treibhausgase, reduziert werden (Haupt et al. 2018; Turner et al. 2015). Aus diesem Grund wird nicht nur versucht, die getrennte Sammlung von Glas zu forcieren (Tallentire und Steubing 2020). Auch die automatisierte Sortierung aus gemischten Abfallströmen ist zunehmend Objekt von Forschungs- und Umsetzungsprojekten (Lederer et al. 2022). Besonders eignen sich dafür feste Rückstände aus der Abfallverbrennung und hier wiederum die Bettaschen aus Wirbelschichtanlagen. Der Grund ist, dass Gläser in Rostaschen von einer geringeren Qualität sind und auch schwerer vom Sensor erkannt werden können (Mühl et al. 2023). Das hat etwa dazu geführt, dass bereits installierte Glasentfernungssysteme in der Rostaschenaufbereitung (Makari 2014) nicht oder nur mehr zum Teil betrieben werden (Šyc et al. 2020). Bettaschen eignen sich hier deswegen besser, da im Wirbelschichtbett niedrigere Temperaturen als am Rost herrschen und es durch den fehlenden Nassaustrag auch nicht zu Oberflächenverkrustungen kommt (Blasenbauer et al. 2023). Aus diesem Grund werden in Österreich, welches im Vergleich zu anderen Ländern eine recht hohe Kapazität an Wirbelschichtanlagen für die Verbrennung von Abfällen besitzt, auch bereits Gläser aus den Bettaschen gewonnen und dem Recycling zugeführt (Hauer et al. 2014). In Kombination mit erweiterter Metallentfernung entsteht dadurch auch eine mineralische Restfraktion, die sich potenziell zum Einsatz als Baustoff eignet (Mühl et al. 2023). Hier ist es jedoch wichtig, festzustellen, woraus diese mineralische Restfraktion besteht, wobei hier sowohl traditionelle manuelle, als auch moderne automatisierte Charakterisierungsmethoden zur Anwendung kommen können. Letztere wurden etwa bereits für die Charakterisierung von Kunststoffen in Abfallströmen erfolgreich angewendet (Curtis et al. 2021; Kroell et al. 2022; Sarc und Pomberger 2022). Während der Glasanteil für die meisten bautechnischen Anwendungen wie Straßenbau oder als Gesteinskörnung im Beton möglichst gering sein soll, sind hohe Anteile an Steinen und ähnlichen Partikeln von Vorteil (Müller und Rübner 2006).

Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der Zusammensetzung von Bettaschen aus Müllverbrennungsanlagen basierend auf der Wirbelschichttechnologie. Konkret soll diese Zusammensetzung anhand von zwei Verfahren, nämlich einer händischen Sortieranalyse und einer sensorbasierten Materialstromanalyse, untersucht werden. Der Fokus liegt dabei auf Glas und den sonstigen mineralischen Bestandteilen. In weiterer Folge soll auch untersucht werden, inwieweit eine weitergehende Glasentfernung nach dem ersten maschinellen Sortierdurchgang nicht nur zusätzliche Glasfraktionen bereitstellen kann, sondern auch eine glasreduzierte mineralische Restfraktion.

Zunächst werden im Materialien- und Methodenkapitel die untersuchten Wirbelschicht-Müllverbrennungsaschen sowie die Probenahme dieser Aschen beschrieben. Anschließend erfolgt die Darstellung der manuellen und sensorbasierten Charakterisierungsmethoden. Abschließend wird die weitergehende Glasentfernung behandelt. Die Fotos wurden von Felix Feher erstellt.

Der Versuch im Technikum zeigte, dass die in Österreich schon seit Jahren praktizierte sensorbasierte Sortierung von Glas aus Müllverbrennungsaschen sehr hohe Ausbeuten und Reinheiten der Produkte erzeugen kann. Voraussetzung dafür ist die Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen mit Wirbelschichttechnologie, da nur die daraus entstehenden Bettaschen eine Qualität aufweisen, um effizient Glas zu entfernen und dieses auch sinnvoll wieder als Sekundärrohstoff einzusetzen. Darüber hinaus bietet die sensorbasierte Glassortierung die Möglichkeit, eine glasarme Restfraktion zu erzeugen, die als Sekundärrohstoff in der Bauindustrie eingesetzt werden kann. Die sensorgestützte Sortierung ist durch ihre hohe Effektivität auch eine Option, Bettaschen auf effiziente Art und Weise zu charakterisieren.

Obwohl heute bereits aus Bettaschen sensorbasiert sortiert und recycelt wird, gibt es noch weiteres Potenzial zum Recycling. Zum einen wird das derzeit aussortierte Glas hauptsächlich in der Schaumglasproduktion eingesetzt. Diese besitzt jedoch nicht den gleichen Rohstoffbedarf wie etwa die Behälterglasindustrie. Um auch in letzterer Glas aus Bettaschen einzusetzen, müssen einerseits der Störstoffanteil etwa an Keramik weiter reduziert werden, als auch Grenzwerte für bestimmte chemische Parameter eingehalten werden. Ob beides mit aktueller Sortiertechnik erreicht werden kann, ist Gegenstand aktueller Untersuchungen.

Gleiches gilt für die Verwendung der mineralischen Restfraktion. Der Einsatz als industriell hergestellte Gesteinskörnung, welche einen partiellen Ersatz für natürliche Gesteinskörnungen bietet, wird derzeit in weiteren Versuchen geprüft. Erste Versuchsreihen deuten darauf hin, dass diese Verwendung unter den im Bundes-Abfallwirtschaftsplan definierten Bedingungen sehr gut möglich ist (BMK 2023). Dies gilt vor allem für Bettaschen, die im Großmaßstab glasbefreit wurden. Kritische Parameter dürften aber nicht nur die eigentlichen Fremdbestandteile wie Metalle sein, sondern auch diffuse Verunreinigungen wie etwa lösliches Chlorid. Aus diesem Grund kann eine nasse Aufbereitung der Bettaschen mit Ausschleusung löslicher Stoffe, wie beispielsweise in Mühl et al. (2023) beschrieben, gegenüber der rein trockenen Aufbereitung von Vorteil sein.

Sollten die mit diesen Aspekten auftretenden Fragen in naher Zukunft geklärt werden, so besitzen Bettaschen ein Potenzial, zur Kreislaufwirtschaft und der dadurch erzielten Schonung von natürlichen Ressourcen, der Umwelt und des Klimas beizutragen. Untersuchungen im Labor- und Technikumsmaßstab wie die in dieser Arbeit vorgestellte automatisierte Sortierung von Glas aus den Bettaschen der Müllverbrennung sind dabei nur ein kleiner Teil. Weit wichtiger ist die Umsetzung in der Praxis. Österreich ist diesbezüglich mit den im Land tätigen Unternehmen der Abfallwirtschaft in einer sehr guten Position, um die im Rahmen des Kreislaufwirtschaftspakets gesteckten Recyclingziele auch erreichen zu können.