Teil: B Kreislaufwirtschaft und Recycling

•Siedlungsabfälle:

Abfälle wie Hausmüll, Sperrmüll, hausmüllähnliche Gewerbeabfälle, Garten-und Parkabfälle, Marktabfälle, Straßenkehrricht, Bauabfälle, Klärschlamm, Fäkalien, Fäkalschlamm, Rückstände aus Abwasseranlagen und Wasserreinigungsschlämme.

•Hausmüll:

Abfälle hauptsächlich aus privaten Haushaltungen, die von den Entsorgungspflichtigen selbst oder von beauftragten Dritten in genormten, im Entsorgungsgebiet vorgeschriebenen Behältern regelmäßig gesammelt, transportiert und der weiteren Entsorgung zugeführt werden.

•Sperrmüll:

Feste Abfälle, die wegen ihrer Sperrigkeit nicht in die im Entsorgungsgebiet vorgeschriebenen Behälter passen und getrennt vom Hausmüll gesammelt und transportiert werden.

•Bioabfall:

Im Siedlungsabfall enthaltene biologisch abbaubare nativ-und derivativ-organische Abfallanteile (z. B. organische Küchenabfälle, Gartenabfälle).

•Wertstoffe:

Abfallbestandteile oder Abfallfraktionen, die zur Wiederverwertung oder für die Herstellung verwertbarer Zwischen-oder Endprodukte geeignet sind.

•Restabfall:

Nach Vermeidung und Verwertung verbleibender, zu entsorgender Abfall.

Erforderlich für die Umsetzung der Kreislaufwirtschaft:

• Verbesserung etablierter Erfassungs-, Sortier- und Aufbereitungstechniken,

• (Produkt) Designs for Recycling

• Einführung einer Substitutionsquote

• Erhöhung Nachfrage nach Recyclingprodukten

• veränderte gesellschaftlicher Wertvorstellung

• Gesetztlicheteigerung zur Rahmen: Kreislaufwirtscahftsgesetz, Verordnungen: Altautoverordnung

• Technisch-wirtschaftlicher Rahmen: Verfügbare Recyclingtechnologien, Recycling - und Demontageprozesskosten

• Ursachen Steigende Produktion, kürzere Innovationszyklen, Kostensteigerung zur umweltverträglichen Beseitigung

1. Europäisches Recht:

   • Verordnungen: Haben unmittelbare Geltung in den Mitgliedstaaten.

   • Richtlinien: Müssen in nationales Recht umgesetzt werden.

   • Zentrale Richtlinien:

     • Abfallrahmenrichtlinie (Richtlinie 2008/98/EG): Definiert abfallbezogene Begriffe, legt eine fünfstufige Abfallhierarchie fest, fördert Abfallvermeidung, Recyclingziele und Herstellerverantwortung.

     • Weitere Richtlinien:

       • Verpackungen und Verpackungsabfälle

       • Abfalldeponien

       • Altfahrzeuge

       • Batterien und Akkumulatoren

       • Elektro- und Elektronik-Altgeräte

2. Jüngste Änderungen:

   • Erweiterte Anforderungen zur Abfallvermeidung.

   • Neue Recycling- und Wiederverwendungsziele.

   • Outputbasierte Berechnungsmethode.

   • Mindestanforderungen für erweiterte Herstellerverantwortung.

   • Neue Anforderungen an die getrennte Sammlung.

EU-Recht, Bundesrecht, Landesrecht, Kommunalrecht

1. Vermeidung:

   • Abfälle vermeiden, indem gefragt wird, wie Abfälle überhaupt vermieden werden können.

2. Vorbereitung zur Wiederverwendung:

   • Prüfen, ob Abfälle für den ursprünglichen Zweck wiederverwendet werden können.

3. Recycling:

   • Abfälle durch Verwertungsverfahren aufbereiten, egal ob für den ursprünglichen oder einen neuen Zweck.

4. Sonstige Verwertung:

   • Beispiele: energetische Verwertung, Aufbereitung als Brennstoff.

5. Beseitigung:

   • Letzte Stufe, mit Pflicht zur Prüfung der Behandlung vor Ablagerung in Deutschland.

1. Recyclingquoten (§14 Abs. 1 KrWG):

   • Anpassung der Quoten für Siedlungsabfälle basierend auf dem Input in die finale Verwertungsanlage.

   • Vorgaben:

     • Ab 2020: 50%

     • Ab 2025: 55%

     • Ab 2030: 60%

     • Ab 2035: 65%

2. Öffentliche Beschaffung:

   • Vorschrift zum Einsatz von Kunststoff-Rezyklaten.

   • Öffentliche Beschaffung als Vorreiter zur Erhöhung der Nachfrage nach recyceltem Material.

   • Unternehmen müssen rohstoffschonende, abfallarme, reparierbare, schadstoffarme und recyclingfähige Produkte bevorzugen, sofern keine unzumutbaren Mehrkosten entstehen.

3. Obhutspflicht:

   • Hersteller und Händler sind stärker in der Verantwortung.

   • Vernichtung von Waren nur bei gesundheitlichem oder technischem Risiko oder wenn Instandhaltung wirtschaftlich nicht zumutbar ist.

   • Ziel:

     • Höhere Langlebigkeit von Produkten.

     • Mehr Reparaturmöglichkeiten.

     • Bevorzugter Einsatz von Rezyklaten.

     • Produktdesign, das Wiederverwendung und Reparatur erleichtert.

     • Vermeidung von schadstoffhaltigen Erzeugnissen.

Entsorgungslogistik ist die Anwendung der Logistikkonzeption auf Reststoffe, um durch raum-zeitliche Transformation und Mengen- und Sortenänderung einen ökonomisch und ökologisch effizienten Reststofffluss zu gestalten.

Sammel- und Trennverfahren in der Entsorgungslogistik schaffen die Voraussetzungen für das Recycling. Die Sammlung verändert die Menge der Reststoffe, während die Trennung Wertstoffe von Rückständen separiert. Beide Aufgaben sind eng miteinander verknüpft.

1. Systemlose Sammlung:

   • Abfallsammlung im Betrieb

   • Sperrmüllsammlung

2. Systemmüllsammlung:

   • Umleerverfahren

   • Wechselverfahren: Abholung, wenn voll

   • Einwegverfahren: z.B. Krankenhaus

3. Hausmüll:

   • Integrierte Systeme: Geteilte oder separate Behälter in einem Arbeitsgang

   • Teilintegrierte Systeme: Separate Sammlung in verschiedenen Touren

   • Additive Systeme: Zusätzliche Container für Papier, Glas etc.

4. Hol- und Bringsysteme: Unterschiedliche Ansätze zur Sammlung.

• Funktionen: Zentrale Abfallentsorgung, Ferntransport, Kostenvergleich

Recycling ist die erneute Verwendung oder Verwertung von Produkten oder Teilen in Kreisläufen durch Rückführung in den Wirtschaftskreislauf. Es umfasst:

• Physische Erfassung der Rückstände

• Trennung und Aufbereitung recyclingfähiger Substanzen

• Transport zur Einsatzstelle

• Eingabe als Input eines Prozesses

Man unterscheidet zwischen Produktrecycling (einschließlich Altteilverwendung) und Materialrecycling. Eine notwendige Trennung wird durch Demontage erreicht.

• Wiederverwendung:

  • Definition: Erneute Benutzung eines gebrauchten Produkts (Altprodukt) für den gleichen Verwendungszweck, mit oder ohne begrenzte Veränderung einiger Teile.

• Weiterverwendung:

  • Definition: Erneute Benutzung eines gebrauchten Produkts (Altprodukt) für einen anderen Verwendungszweck, mit oder ohne begrenzte Veränderung des Produkts.

• Wiederverwertung:

  • Definition: Wiederholter Einsatz von Altstoffen und Produktionsabfällen in einem gleichartigen Prozess, oft chemisches Recycling zur Gewinnung von Materialausgangsstoffen.

• Weiterverwertung:

  • Definition: Einsatz von Altstoffen und Produktionsabfällen in einem anderen Produktionsprozess, wodurch Werkstoffe oder Produkte mit neuen Eigenschaften entstehen, einschließlich chemischem Recycling.

Demontage ist die Gesamtheit aller geplanten Vorgänge zur Vereinzelung von Mehrkörpersystemen zu Baugruppen, Bauteilen und/oder formlosen Stoffen durch Trennen.

• Demontageverfahren:

  • Zerstörungsfrei, teilzerstörend, zerstörend

• Thermische Verfahren,

• Zerkleinerungsverfahren (Schreddern (Hammermühle—> Kunststoffe, Prallmühle —> Beton, —> Kugel - und Kaskadenmühlen —> Hausmüll), Brechen, Schneiden),

• Verfahren der Klassierung

  • Siebklassierung —> Trommelsiebe und Wurfsiebmaschine

  • Stromklassierung (Aerosolklassierung, Hydroklassierung)

• Verfahren der Sortierung

  • Magnet - und Elektrosortieren)

  • Flotation: Zerkleinerung des Festgemisches —> Papierrecycling

  • Klauben: Messung der phys. Eigensachften —> Glas und Keramik.

  • Nahinfrarot: Im Gegensatz zu herkömmlichen Sortiertechniken: Bei der Nahinfrarot-Sortierung ist das Sortierkriterium von der trennenden Kraft (z.B. Gravitation, Ablenkkraft) entkoppelt, wodurch die Gefahr von Fehlausträgen durch gegenseitige Behinderung und Verschleppung unterschiedlicher Bestandteile verringert wird.

Produktverantwortung verpflichtet Hersteller zur Rücknahme und Verwertung ihrer Produkte, auch wenn diese zu Abfall werden. Sie fördert Abfallvermeidung bei der Herstellung und sichert umweltverträgliche Verwertung und Beseitigung nach dem Gebrauch. Gesetzliche Regelungen dazu umfassen:

• Verpackungsverordnung/Gesetz

• Altfahrzeugverordnung

• Batteriegesetz

• Elektro- und Elektronikgerätegesetz

• Altölverordnung

• Zusätzliche Funktionen von Verpackungen:

  • Dosierfunktion

  • Portionierungsfunktion

  • Aufbewahrungsfunktion

  • Handhabungsfunktion

Der Anstieg der Verpackungsabfallmenge ist auf veränderte Lebensbedingungen und Konsumgewohnheiten zurückzuführen.

1. Werkstoffliches Recycling:

   • Regranulieren (für Thermoplaste):

     • Mahlen

     • Extruder: Aufschmelzen und Homogenisieren

     • Granulieren zu Kunststoffgranulat

2. Thermolyse:

   • Pyrolyse: Zerlegung der Makromolekülstruktur

   • Hydrierung: Erzeugung von Rohöl

   • Vergasung: Erzeugung von Synthesegas und Energie

3. Solvolyse:

   • Nasschemischer Prozess

   • Spaltung der Bindungen bis zu Ausgangsmonomeren

   • Umkehr der Polymerisation

4. Kunststoffarten und ihre Eigenschaften:

   • Thermoplaste:

     • Schmelzbar, schweißbar, warm umformbar, beim Erwärmen wiederholbar

     • Amorphe und teilkristalline Thermoplaste

   • Duroplaste:

     • Irreversibel ausgehärtet, nicht regenerierbar, nicht schmelzbar

   • Elastomere:

     • Gummielastisches Verhalten, nicht schmelzbar

Mit der Verpackungsverordnung von 1991 wurde die Wirtschaft verpflichtet, Verpackungen zurückzunehmen und bei der Entsorgung mitzuwirken. Das Duale System Deutschland ("Der Grüne Punkt") wurde 1993 eingerichtet, um ein flächendeckendes Sammel- und Entsorgungssystem zu betreiben. Der "Grüne Punkt" ist ein Finanzierungs- und Beteiligungszeichen, wobei Entgelte material- und gewichtsspezifisch abgerechnet werden.

-Hygienisierung und Sterilisierung des Restabfalls durch thermische Zerstörung

-Geruchsfreie Verbrennung bei Temperaturen >800°C

-Volumenreduzierung, Gewichtsreduzierung

-Thermische Zerlegung von Schadstoffen und Salzen

-Erzeugung verwertbarer Rückstände

-Mineralisierung und Inertisierung der Rückstände

-Wärmeentbindung bzw. Wärmefreisetzung mit Nutzung

-Thermische Abfallbehandlung zur Einschränkung von Problemverlagerungen durch Emission auf Wasser, Boden und Luft.

1200 kg Braunkohle

Abfälle können entweder

-in eigens dafür konzipierten Anlagen verbrannt(„Monoverbrennung“)

-in einem Feuerungsprozess (z.B. Zementofen)mitverbranntoder

-entgast(Pyrolyse) und vergastwerden.

Als klassische Verfahren der Verbrennungwerden betrachtet:

• Rostfeuerung,

• Drehrohrfeuerung und

• Wirbelschichtfeuerung

Eine Verbrennungsanlage besteht aus den Anlagenbereichen

• Abfallübernahme und Vorbehandlung,

• Feuerung und Abwärmeverwertung,

• Behandlung der festen Rückstände und

• Abgasreinigung, Abwasserbehandlung.

wenige Ausnahmen, als Rostfeuerungssysteme ausgeführt. Beim Anfahren der Rostöfen wird der Verbrennungsraum mit Stützbrennern (Gas, Öl, Kohlestaub) auf ca. 800°C vorgeheizt. Bei diesen Temperaturen wird dann der aufgegebene Abfall mit Zündbrennern im Feuerraum gezündet. Man unterscheidet verschiedene Brandphasen:

•Trocknungsphase:

Der Abfall wird auf über 100°C durch Konvektion oder Wärmestrahlung erwärmt und getrocknet (Wasser und leichtflüchtige Stoffe verdampfen).

•Entgasungsphase

Bei Temperaturen über 250°C werden flüchtige Stoffe wie Kohlenwasserstoffe, Schwelgase und Teere ausgetrieben.

•Vergasungsphase und Nachbrennzone

Hier erfolgt die Oxidation der flüchtigen und festen Stoffe mit molekularem Sauerstoff

Unter Ersatzbrennstoffen werden alle „Brennstoffe“ verstanden, die keine Regelbrennstoffe (Primärbrennstoffe) darstellen.

Substitutbrennstoffe werden von der Herkunft her unterschieden in:

•Substitutbrennstoffe aus Siedlungsabfall; dabei handelt es sich um die aufbereitete brennbare, hochkalorische Leichtfraktion aus dem Resthausmüll oder aus hausmüllähnlichen Gewerbeabfällen.

•Substitutbrennstoffe aus Gewerbeabfällen; hierbei handelt es sich um aufbereitete brennbare (Mono-) Fraktionen aus produktions-spezifischen Abfällen.

•Substitutbrennstoffe können in konventionellen Gewerbe-und Sperrmüllsortieranlagen wie auch in Mechanisch-Biologischen Abfallbehandlungsanlagen (MBA) anfallen. Weiterhin fallen sie als produktionsspezifische Abfälle in Betrieben der Holz-, Kunststoff-und Textilindustrie an.

Definition Pyrolyse

•  Pyrolyse, Entgasung, Schwelung

•  thermische Zersetzung, fester und flüssiger Stoffe unterLuftabschluss in Pyrolysegas und Pyrolysekoks

•  Zerlegung höherer in niedrige KW-Verbindungen:

langkettige Moleküle werden in kurzkettige Moleküle zerlegt

•  in Abhängigkeit von der Temperatur wird unterteilt in

* Niedrigtemperaturpyrolyse < 500 °C

* Mitteltemperaturpyrolyse 500 °C bis 800 °C

* Hochtemperaturpyrolyse > 800 °C

Ziele der Pyrolyse

Veredelung des Brennstoffs Müll zu höherwertigen

Brennstoffen: Gas und Koks

• kostengünstiger als Müllverbrennung bei < 10 t/h Durchsatz

• Lagerfähigkeit der erzeugten Energieträger Gas und Koks

• höhere Flexibilität als bei der Müllverbrennung gegenüber

Schwankungen der Abfallzusammensetzung

• Verringerung von Umweltbelastungen im Vergleich zur

Müllverbrennung

• bei metallhaltigen Abfällen: Gewinnung von Energie und

reinen Metallen

Definition Vergasung

•  thermische Zersetzung des Vergasungsstoffs Abfall unter

unterstöchiometrischer Sauerstoffzufuhr

•  Vergasungsmittel: Luft, Sauerstoff, Dampf

•  Chemisch gebundene Energie des Vergasungsstoffs wird mit dem Vergasungsmittel in chemisch gebundene Energie eines Vergasungsgases umgewandelt.

•  Höhere KW-Verbindungen werden in niedrigere KW-Verbindungen zerlegt

Prozesstemperaturen

–Mitteltemperaturvergasung: bis 900 °C

–Hochtemperaturvergasung: bis 1.600 °C

Produkte der Vergasung

Vergasungsgas, auch Roh-oder Schwachgas genannt:

–bei Vergasungsmittel Luft (O2) und Wasserdampf: Generatorgas

–bei Vergasungsmittel Luft (O2): Luftgas

–bei Vergasungsmittel Wasserdampf: Wassergas

Vergasungsgas kann zu Synthesegas mit den Hauptbestandteilen H2und COveredelt werden

Feste Rückstände:

bei mittlerer Prozesstemperatur wie aus der Müllverbrennung,

bei hohen Prozesstemperaturen: Schlacke-Schmelzgranulat

Ziele der Vergasung

•  grundsätzlich: Abfallbehandlung mit dem Ziel der Entsorgung

•  Stoffliche Verwertung des Vergasungsgases zu Synthesegas und weiter zu Methanol

•  energetische Verwertung im Gas-und Turbinenkraftwerk zu Strom und Wärme

•  Lagerfähigkeit der erzeugten Produkte

•  Flexibilität gegenüber wechselnder Abfallzusammensetzung

•  Reduzierung der Umweltbelastungen

Verwertungswege für Bioabfall

Wie Bioabfall am sinnvollsten zu verwerten ist, hängt von dessen Zusammensetzung ab. Bei der Verwertung biogener Abfällen lässt sich unterscheiden:

•Nasse Bio-und Speiseabfälle sind für eine Vergärung mit Biogasnutzung und anschließender stofflicher Verwertung der Gärreste geeignet.

•Holzhaltige Bestandteile des Grünabfalls lassen sich am besten energetisch nutzen und können etwa als Brennstoff in Biomasseheizkraftwerken eingesetzt werden.

•Für lignin-und zellulosereiches Pflanzenmaterial sind die Kompostierung und die Herstellung von Qualitätskompost die beste Verwendung.

Kompostierung:

Aerober (unter Sauerstoffverbrauch ablaufender) biochemischer Prozess, bei dem hochmolekulare Biopolymere unter Wärmefreisetzung, wie z.B. Eiweißstoffe, Kohlenhydrate oder Fette, zu Huminstoffen und zu Kohlendioxid CO2abgebaut werden.

Ziele der Kompostierung

• möglichst rascher und verlustarmer Abbau der organischen Ursprungssubstanzen (= hochmolekulare, natürliche Kohlenstoff/Wasserstoffverbindungen)

•Aufbau stabiler, pflanzenverträglicher

Humussubstanzen

Vergärung:

Anaerober (unter Luftabschluss ablaufender) biochemischer Prozess, bei dem Biogas entsteht

Rohmaterialaufbereitung

Einzelkomponenten weisen meist ungünstige Eigenschaften auf:

• ausgewogene Nährstoffverhältnisse (C, N,...)

• günstiger Wassergehalt

• Strukturstabilität

• Luftporenvolumen

Mischen Anteile abhängig vom Kompostierungsverfahren

• Methan (50-75)

• Kohlendioxid (25-50)

• Stickstoff (0-7)

Die biologische Aktivität der Bakterienkulturen im Biogasreaktor sind in Abhängigkeit der Temperatur sehr unterschiedlich. Für die technische Nutzung werden drei Temperaturbereiche unterschieden:

–psychrophil 15-20°C (unbeheizte Anlagen in Entwicklungsländern)

–mesophil 30-37°C (landwirtschaftliche Biogasanlagen)

–thermophil 55-65°C (großtechnische Anlagen, Kläranlagen)

SehrhäufiganzutreffensindmesophilbetriebeneVergärungsanlagenvoralleminreinenGüllevergärungsanlagen(Topt.=ca.35-37°C),dasichdiesedurcheinesehrguteProzessstabilitätundimVergleichzuthermophilbetriebenenAnlagengeringerenHeizwärmebedarfauszeichnen.ThermophileAnlagenwerdenvorallemdorteingesetzt,wohoheAbbauraten,hoheGasausbeutenundeineHygienisierungdeseingebrachtenGärsubstrat(z.B.KlärschlammbeiKläranlagen)erforderlichsind.

Vergleich Kompostierung -Vergärung

•Vorteile der Vergärung gegenüber der Kompostierung:

–Behandlungsdauer ist um die Hälfte kürzer.

–Flächenbedarf ist geringer.

–Geruchsprobleme sind geringer.

–Energiebilanz ist positiv.

•Nachteile der Vergärung gegenüber der Kompostierung:

–Investition und Betriebskosten sind höher.

–Betriebs-und Entsorgungssicherheit ist geringer.

–Prozessstabilität der biologischen Prozesse ist geringer.

•Holz ist für die Vergärung wegen des Lignins nicht geeignet.

Ziele der MBA

•Abbau und Stabilisierung der OS

•verbesserte Inputkontrolle auf Deponie

•Verringerung der Deponiegasbildung

•Verringerung der Sickerwasserbelastung

•Verringerung des Deponievolumens

•Verbesserung des Setzungsverhaltens

•Schadstoffentfrachtung

•Nutzung „Heizwertreiche Fraktion“

Es  gibt  eine  Vielzahl  möglicher  Prozesskonfigurationen  jedoch  immer  in  der  Kombination mechanischer  Prozesse  und  einer  biologischen Behandlung  als  Kernverfahren.

Die  Hauptkonzepte  der  mechanisch-biologischen  Behandlung  unter-scheiden  sich in  der An-ordnung  der  Prozessschritte  und  dem  Ziel der  biologischen  Behandlung. Dabei  erfolgt  entweder  eine mecha-nische  Aufteilung des  Abfalls in  eine  energiereiche  Fraktion  zur  thermischen Verwertung und  eine  energiearme  Fraktion  zur biologischen  Behandlung („Endrotteverfahren“) oder  eine  biolo-gische  Stabilisierung  des  gesamten  Abfalls  mit  nachfolgenden mechanischen Prozessschritten (Trockenstabilisierung).

Deponiegasbildung

Deponiegas entsteht durch

•  biochemischen Abbau von Biomasse

•  Übergang von gelösten, adsobierten, flüssigen und festen Stoffen in der Gasphase

•  chemische Reaktionen von abgelagerten Stoffen untereinander oder mit Niederschlags-und Sickerwasser