Ressourceneffizienz der Metallrückgewinnung vor und nach der

Ressourceneffizienz der Metallrückgewinnung vor und nach der Verbrennung
Ressourceneffizienz der Metallrückgewinnung
vor und nach der Verbrennung
Kerstin Kuchta und Verena Enzner
1.
Ausgangssituation .......................................................................................107
2.
Metallpotenzial im Abfall...........................................................................108
2.1.
Restabfall ......................................................................................................109
2.2.
Gewerbeabfall ..............................................................................................109
2.3.
Sperrmüll......................................................................................................109
2.4.
Wertstoffgemisch.........................................................................................110
3.
Metallrecycling vor der Verbrennung ......................................................110
4.
Metallrecycling nach der Verbrennung....................................................113
5.
Vergleich und Bewertung der Ressourceneffizienz vor und
nach der Verbrennung ................................................................................114
6.
Anmerkungen ..............................................................................................115
7.
Literatur ........................................................................................................115
1. Ausgangssituation
Die 2014 veröffentlichte Studie Beitrag der Kreislaufwirtschaft zur Energiewende – Klimaschutzpotenziale auch unter geänderten Rahmenbedingungen optimal nutzen im Auftrag
des BDEs proklamiert, dass ein Verwertungsstatus für Abfallverbrennungsanlagen
(MVA) im Sinne der Energiewende nicht mehr zu rechtfertigen sei. Die Abfallverbrennung könne nur noch im Zuge einer Beseitigung für stark schadstoffhaltige Abfälle
dienlich sein [2]. Vertreter des Umweltbundesamts schätzen die Situation anders ein
und beschreiben die Vorzüge Metallrückgewinnung nach der Abfallverbrennung [5].
Der Artikel Eisen aus dem Feuer beschreibt 2014: Die Abfallverbrennung hat das Potenzial, sich zu einem optimalen Recyclingverfahren für Metalle aus gemischten Abfällen
zu entwickeln [11].
Das novellierte Kreislaufwirtschaftsgesetz von 2012 verlangt für alle recyclebaren Abfälle ab 2015 die Erfassung in einer gesonderten Wertstofftonne. Dies betrifft neben
verschiedener Kunststofffraktion auch wertstoffgleiche Nichtverpackungen aus Metall.
107
Kerstin Kuchta, Verena Enzner
Vor diesem Hintergrund ergibt sich jedoch die Fragestellung, ob oder in welchem
Umfang eine hauptsächliche Erfassung der Metalle durch die Wertstofftonne sinnvoll
ist, da dies neben Umstellungen innerhalb der Abfallwirtschaft auch die Veränderung
von verinnerlichten Abfalltrenngewohnheiten des einzelnen Bürgers bedeutet.
In Bezug auf die Rückgewinnungsquoten für Metalle nach der Abfallverbrennung werden im BVT-Merkblatt über beste verfügbare Techniken der Abfallverbrennung [12] für
Eisen Quoten von 55 bis 60 % und für Nicht-Eisen-Metalle (NE) von fünfzig Prozent
beschrieben. Daneben gibt die Literatur in einigen Fällen (z.B. Pretz 1998 [7]) für die
Rückgewinnung von Eisen aus der Schlacke lediglich eine Effizienz von 92,5 % und
für NE von möglichen 34 % bzw. elf Prozent an. In einer Untersuchung dreier MVAs
kommt Deike [3] auf eine Recyclingquote von 92,7 % für alle Metalle. Mitbetrachtet
werden müssen hier etwaige Schuttabzüge. Dieser bezeichnet den Fremdanteil innerhalb einer Metallfraktion, z.B. durch anhaftende Mineralik.
Die im Folgenden vorgestellte Studie erhebt im Auftrag der EdDE e.V. den aktuellen
Stand der Technik zur Metallabtrennung aus MVA Aschen und Schlacken und bewertet
vergleichend die Zuordnung von Metallen zur Wertstofftonne und den Restmüllfraktionen, welche in der MVA behandelt werden.
2. Metallpotenzial im Abfall
Für die erforderliche grundlegende Bestimmung des Ressourcenpotenzials im Abfall
wurden die Abfallströme Restabfall, Gewerbeabfall und Sperrmüll sowie die Sammelgruppe Leichtstoffverpackungen (LVP) auf enthaltene Metalle untersucht. Dafür
wurden Sortieranalysen aus Literatur und eigene Untersuchungen herangezogen. Das
Ergebnis dieser Analyse ist in Bild 1 zusammenfassend dargestellt.
Anteil
Prozent
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Bild 1:
108
0
Restabfall
Gewerbeabfall
Sperrmüll
LVP
Ergebnis der Bestimmung des Metallpotenzials in betrachteten Abfallströmen 2014
Ressourceneffizienz der Metallrückgewinnung vor und nach der Verbrennung
Während Restabfall heute einen mittleren Metallgehalt von zwei Prozent aufweist, enthalten Gewerbeabfall und Sperrmüll fünf bis sechs Prozent Metall und der Metallanteil
in LVP ist mit 17 % anzunehmen.
2.1. Restabfall
Restabfall bezeichnet den Abfall, der von der öffentlichen Müllabfuhr eingesammelt
wird. Er stammt mehrheitlich aus privaten Haushalten und besteht aus nicht-getrennt
gesammelten Abfallstoffen. Seine Zusammensetzung ist heterogen und wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, z.B. den gesetzlichen Rahmenbedingungen, sozioökonomische Faktoren und der abfallwirtschaftlichen Situation sowie der Struktur
des Entsorgungsgebiets. Eine exakte Bestimmung der Zusammensetzung ist deshalb
nur innerhalb begrenzter Gebiete möglich und nicht vollständig und unmittelbar auf
andere Gebiete übertragbar. Das bundesweite Aufkommen an Restabfalls ist von 1996
19,9 Millionen Tonnen auf 14,0 Millionen Tonnen in 2012 gesunken [10].
Zur Bestimmung des Metallgehaltes im Restabfall wurden Analysen aus Deutschland
und Österreich von 1978 bis 2013 herangezogen. Innerhalb dieser Zeit hat sich der
Metallgehalt im Restabfall von fünf Prozent in den letzten acht Jahren auf im Mittel
zwei Prozent verringert.
2.2. Gewerbeabfall
Gewerbeabfall ist Abfall, der in Handwerk, Dienstleistung, Handel und öffentlichen
Einrichtungen anfällt. Die Zusammensetzung von Gewerbeabfall schwankt aufgrund
dieser vielfältigen Herkunftsbereiche stark. Das Aufkommen von Gewerbeabfall hat
sich von 1996 5,3 Millionen Tonnen auf 3,8 Millionen Tonnen in 2012 reduziert [10].
In 15 Abfallanalysen von 1983 bis 2008 aus Deutschland ist kein eindeutiger Trend im
Metallgehalt zu erkennen. Dies liegt daran, dass sich der Gewerbeabfall je nach Herkunft
unterscheidet. Der Metallanteil liegt im Mittel bei etwa fünf Prozent.
2.3. Sperrmüll
Als Sperrmüll werden feste und sperrige Abfälle bezeichnet, die in Haushalten anfallen. Sie passen aufgrund ihrer Größe nicht in die im Entsorgungsgebiet vorgesehenen
Restabfall-Behälter und werden deshalb getrennt vom Restabfall gesammelt. Die
Zusammensetzung von Sperrmüll ist sehr heterogen und unterscheidet sich erheblich
vom Restmüll. Er besteht zu über sechzig Prozent aus Möbeln. Darüber hinaus gibt es
große Teile an Bau- und Renovierungsabfällen [1, 6]. Auch das Sperrmüllaufkommen
hat sich in den vergangenen zwanzig Jahren in Deutschland verringert; von 3,0 Millionen Tonnen in 1996 auf 2,4 Millionen Tonnen in 2012 [10].
Zur Bestimmung des Metallgehaltes wurden fünf Abfallanalysen von 2006 bis 2014
herangezogen. Es zeigt sich ein mittlerer Metallgehalt von 5,4 %.
109
Kerstin Kuchta, Verena Enzner
2.4. Wertstoffgemisch
Das System Gelber Sack/Gelbe Tonne dient der Erfassung und getrennten Sammlung
von Leichtverpackungen (LVP) aus Haushalten. Es wurde im Rahmen der Verpackungsverordnung bzw. dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz durch das Duale System
Deutschland eingeführt, damit die Verkäufer von Produkten ihrer Verpflichtung der
Verpackungsrücknahme nachkommen konnten [1].
Die Zusammensetzung des Leichtverpackungsabfalls ist, bedingt durch die unterschiedlichen Verpackungsformen und –materialien, heterogen. LVP-Abfall besteht aus
verschiedenen Kunststoffen (PE, PP, PET), Metallen sowie Verbundmaterialen. Zur
Bestimmung des Metallgehaltes wurde das Referenzszenario des Umweltbundesamtes
mit der Studie Planspiel zur Fortentwicklung der Verpackungsverordnung- Teilvorhaben
1: Bestimmung der Idealzusammensetzung der Wertstofftonne [15] herangezogen. Darin
werden 12,3 % für Weißblech und 4,8 % für Aluminium angenommen.
3. Metallrecycling vor der Verbrennung
In der mechanischen Aufbereitung von Wertstoffgemischen kommen grundsätzlich
verschiedene mechanische Aufbereitungs- und Trenntechniken zum Einsatz. Bei der
Zerkleinerung werden in der Regel Langsamläufer, Shredder und Hammermühlen
angewendet. Für die Klassierung werden Trommelsiebe, linear und flach bewegliche
Leichtverpackungs-Sammelware
Grobzerkleinerung
Konditionierung
> 220 mm
Leichtgut (MKS)
Windsichtung
Leichtgut
> 220 mm
Schwergut
> 220 mm
< 20 mm
Siebklassierung
Magnetscheidung
sensorgestützte automatische Klaubung und
Wirbelstromscheidung
sensorgestützte automatische und ggf. manuelle Produktkontrolle
Folien
KunststoffHohlkörper
Bild 2:
Flüssigkeitskartons Alu
Weißblech
PE
PP
PS
PET Misch-PPK EBS
kunststoffe
Sortierrest
Schematische Darstellung der LVP-Sortierung nach dem Stand der Technik
Quelle: UBA (2012): Analyse und Fortentwicklung der Verwertungsquoten für Wertstoffe. Sammel- und Verwertungsquoten
für Verpackungen und stoffgleiche Nichtverpackungen als Lenkungsinstrument zur Ressourcenschonung. UBA-FB 001636 Texte
40/2012
110
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2
Ressourceneffizienz der Metallrückgewinnung vor und nach der Verbrennung
Siebe, Flachsiebe, Bechersiebe und bewegte Roste verwendet. Zur Metallabscheidung
sind Überbandmagnetabscheider und Trommelabscheider für Eisen sowie Wirbelstromscheider für Nicht-Eisen im Einsatz. In der Sortierung werden sensorgestützte
Detektionstechniken, z.B. NIR (Nahinfrarotspektroskopie), und automatische Klaubung angewandt.
Allen Anlagen gemein ist die Kombination der Techniken zur Zerkleinerung, Klassierung, Metallabscheidung und Sortierung [13]. Bild 2 zeigt ein typisches Prozessschema
nach dem Stand der Technik.
Die bestverfügbare Technik für Abfallaufbereitung beschreibt die Effizienz der Weißblechrückgewinnung mit 98 %. Werden die Daten für die Rückgewinnung von Metallen
[4] mit den oben genannten Daten aus dem Referenzszenario des UBAs kombiniert,
ergeben sich Rückgewinnungsquoten von 81,3 % für Weißblech und 62,5 % für Aluminium. Etwaige Fremdstoffanteile sind hier nicht berücksichtigt.
Um diese Daten stichprobenartig zu überprüfen und einen etwaigen Fremdstoffanteil
zu bestimmen, wurden sowohl eine mechanische Gewerbeabfallaufbereitung sowie
eine Anlage zur Aufbereitung der Wertstoffsammlung besucht und Proben von den
Metall- und Restfraktionen genommen. In händischen Sortierversuchen und mit Hilfe
von Veraschung der organischen Bestandteile konnten die vorhandenen Metallanteile
bestimmt werden.
4. Metallrecycling nach der Verbrennung
Metall wird nach der Verbrennung innerhalb der Schlackeaufbereitung zurückgewonnen. Die konventionelle Schlackeaufbereitung beginnt in Deutschland mit dem Austrag
aus dem Nassentschlacker. Nach einer heute in der Regel sehr kurzen Alterung (signifikant kürzer als drei Monate) erfolgt eine Separation in verschiedene Korngrößen und
Materialfraktionen. Im Rahmen des Aufteilungsprozesses werden in der Regel mehrere
Magnetscheider, Windsichter und Wirbelstromscheider eingesetzt. Gegebenenfalls
werden zusätzlich Zerkleinerungsaggregate genutzt [14].
Die Rückgewinnungseffizienz wird von Pretz et al [8] für Eisen mit 92,5 % und für
NE mit bis zu 34 % aber in der Regel nur elf Prozent angegeben. Diese Literaturquelle
wurde vielfach zitiert und stellt auch die Grundlage der Bewertung im Rahmen der
UBA Studie 2011 zum Planspiel Wertstofftonne dar.
Neuere Untersuchung, so z.B. die Untersuchung von Deike und Ebert, 2012, beschreibt
den aktuellen Stand der Technik mit einer Recyclingquote von 92,7 % für alle Metalle.
In der BVT (bestverfügbaren Technik) ist die Metallrückgewinnung der Schlackeaufbereitung [12] mit 55 bis 60 % für Eisen und mit fünfzig Prozent für Nicht-Eisen
beschrieben.
Da die hier genannten Zahlen signifikant unterschiedliche Quoten ergäben, wurden
innerhalb der hier vorgestellten Studie deutsche Schlackeaufbereiter und Abfallverbrenner zum aktuell praktizierten Stand der Technik der Schlackeaufbereitung befragt.
113
Kerstin Kuchta, Verena Enzner
Die Befragung wurde mit hohem Erfolg durchgeführt, so dass die beantworteten Fragebögen vier Millionen Tonnen der fünf Millionen Tonnen in 2012 repräsentieren [9].
Demnach lässt sich eine gute Anlage wie folgt charakterisieren: Aus der Schlacke werden
mit Hilfe von vier Magnetabscheidern 7,6 % Eisen zurückgewonnen. Mit drei NEAbscheidern werden 1,7 % NE-Metalle abgeschieden. Die Aufbereitung der Schlacke
erfolgt nach vier Wochen Alterung. Schlacke kleiner zwei Millimeter wird abgesiebt und
keiner Aufbereitung mehr zugeführt. Der Anteil an Unverbranntem liegt bei 0,75 %.
Als Outputfraktionen werden Eisen in verschiedenen Größenfraktionen (grob, mittel
und fein), VA (Edelstahl), Messing, Kupfer, Mischmetall verschiedener Körnung sowie
E-Motoren zurückgewonnen. Während die Eisenfraktionen nur geringe Schuttabzüge
aufweisen, werden im NE-Mischmetall Schuttabzüge zwischen 15 und 60 % verzeichnet.
Beispielhaft ist in Bild 2 eine auf hohe Qualität verschiedener Metalloutströme ausgerichtete Anlage dargestellt. Die Aufteilung erfolgt hier in zahlreiche Metallfraktionen.
Schlackeaufbereitung
84,8 %
1,1 %
Unverbranntes
7%
Überkom
3,1 %
MV
Schrott E46
0,3 %
MV
Schrott S1
1,7 %
MV
Feineisen
5,7 %
aufbereitete
Mineralik
1,7 %
Eisen
NE
0,6 %
MV Mischmetallschrott
MV Schreddermischschrott
0,5 %
MV VA
Schrott
0,3 %
MV Elektromotoren
Kupfer
Bild 3:
Quelle:
1%
MV-NEMetalle
Aluminium
Messing
Output bei der Schlackeaufbereitung beispielhaft für eine Anlage
EdDe 2015, in Vorbereitung
5. Vergleich und Bewertung der Ressourceneffizienz vor der Metallrückgewinnung und nach der Verbrennung
Um die Metallrückgewinnung vor und nach der Verbrennung vergleichen zu können,
werden die Rückgewinnungsmengen der jeweiligen Aufbereitung mit dem Ressourcenpotenzial des Inputabfalls zu Recyclingquoten verrechnet. Auf diese Weise kann die
Effizienz der jeweiligen Anlage dargestellt werden. Beispielhaft ist das Grundszenario
für den Restabfall in Bild 4 als Sankey-Diagramm dargestellt.
114
Ressourceneffizienz der Metallrückgewinnung vor und nach der Verbrennung
Eisenanteil:
NE-Anteil:
1,7 %
0,4 %
Abgas, Abgasreinigungsrückstände,
Flugasche
Verbunde:
4,2 %
Elektroschrott: 1,1 %
Kunststoff:
Organik:
Textilien:
Windeln/
Hygiene:
PPK:
7,6 %
22,6 %
4,4 %
3,5 %
16,7 %
Glas:
6,7 %
Inertes:
1,0 %
Fein- und
Mittelanteil: 22,3 %
Sonstiges:
4,7 %
Bild 4:
Schlacke
Eisen:
1,8 %
NE:
0,4 %
Unverbranntes: 3,5 %
Mineralik:
23,8 %
Ressourceneffizienz bei der Verbrennung von Restabfall
Stoffgleiche Nichtverpackungen, die nach bisher praktizierte Zuordnung im Restabfall enden, sollen mit Einführung der Wertstofftonne in diese sortiert werden. Um
einen Vergleich des jetzigen Zustands mit dem nach Einführung der Wertstofftonne
herbeizuführen, werden Daten aus dem Planspiel zur Fortentwicklung der Verpackungsverordnung (UBA 2011) herangezogen. Darin sind zusätzlich abschöpfbare
Metallanteile aufgeführt. Für die Wertstofftonne bedeutet dies zusätzliche 1,5 kg/E*a
Weißblech und 0,4 kg/E*a Aluminium. Demnach müsste in der Wertstofftonne 2015
14,5 % Weißblech und 5,1 % Aluminium vorhanden sein und im Restabfall verbleiben
nur noch 0,1 % Metall.
6. Anmerkungen
Die genauen Daten sowie detaillierte Ergebnisse dieser Studie können der EdDEDokumentation, die voraussichtlich im zweiten Quartal 2015 erscheint entnommen
werden. Die vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass das Recycling von Metallen aus der
Abfallverbrennung mindestens gleichwertig, wenn nicht höherwertig als die Miterfassung als stoffgleiche Nichtverpackung in der Wertstofftonne ist.
7. Literatur
[1] Bilitewski, B.; Härdtle, G.: Abfallwirtschaft. Handbuch für Praxis und Lehre. 4. Auflage. 2013
[2] Dehoust, G.; Harthan, Ralph, O.; Stahl, H.; Hermann, H.; Matthes, F. Chr.; Möck, A.; ÖkoInstitut e.V.: Beitrag der Kreislaufwirtschaft zur Energiewende – Klimaschutzpotenziale auch
unter geänderten Rahmenbedingungen optimal nutzen. Berlin. 2014
115
Kerstin Kuchta, Verena Enzner
[3] Deike, R.; Ebert, D.; Warnecke, R.; Vogell, M. : Abschlussbericht zum Projekt Recyclingpotenziale
bei Rückständen aus der Müllverbrennung. UDE Duisburg. 2012
[4] Heibeck, L.; Wilcken, H.-D.; Kornau, J.; Albers; Henning: Bewertung der Leistungsfähigkeit
einer Sortieranlage für Leichtverpackungen nach Einführung der Wertstofftonne. In: Müll und
Abfall (12), 2012, S. 664-671
[5] IGAM – Interessengemeinschaft der Aufbereiter und Verwerter von Müllverbrennungsschlacken (2015). Informationsfilm. https://www.youtube.com/watch?v=STDZxTjDHgQ.
[6] Kranert, M.; Cord-Landwehr, K.: Einführung in die Abfallwirtschaft. Wiesbaden: Vieweg +
Teubner Verlag/Springer Fachmedien GmbH. 2010
[7] Pretz, Th.; Meier-Kortwig, J.: Aufbereitung von Müllschlacken unter besonderer Berücksichtigung der Metallrückgewinnung. RWTH Aachen. 1998
[8] Pretz, Th; Meier-Kortwig, J.: Aufbereitung von Müllschlacken unter besonderer Berücksichtigung der Metallrückgewinnung. 41. Jahrgang, Aachen. Lehrstuhl für Aufbereitung und Recycling fester Abfälle. 2000. Online verfügbar unter https://www.google.de/search?q=pretz+
meyer+kortwig&ie=utf-8&oe=utf-8&rls=org.mozilla:de:official&client=firefox-a&gws_rd=cr,
zuletzt geprüft am 05.08.2013
[9] Statistisches Bundesamt Umwelt (2014a): Abfallentsorgung – Fachserie 19 Reihe 1 2012.
Wiesbaden. Online verfügbar unter: https://www.destatis.de/DE/Publikationen/Thematisch/
UmweltstatistischeErhebungen/Abfallwirtschaft/Abfallentsorgung2190100127004.pdf?__
blob=publicationFile
[10] Statistisches Bundesamt Umwelt (2014b): Zeitreihe zum Abfallaufkommen. 1996-2012. Wiesbaden. Online verfügbar unter https://www.destatis.de/DE/ZahlenFakten/GesamtwirtschaftUmwelt/Umwelt/UmweltstatistischeErhebungen/Abfallwirtschaft/Tabellen/ZeitreiheAbfallaufkommen.pdf?__blob=publicationFile, zuletzt geprüft am 05.02.2015
[11] Thome-Kozmiensky, Karl J.: Eisen aus dem Feuer – Die Abfallverbrennung hat das Potenzial,
sich zu einem optimalen Recyclingverfahren für Metalle aus gemischten Abfällen zu entwickeln.
In: ReSource 1/2014.y
[12] UBA (2005): Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU).
BVT-Merkblatt über beste verfügbare Techniken der Abfallverbrennung. Dessau
[13] UBA (2006): Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung (IVU).
Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für Abfallbehandlungsanlagen. Dessau
[14] UBA; Alwast, H.; Riemann, A. (2010): Verbesserung der umweltrelevanten Qualitäten von Schlacken aus Abfallverbrennungsanlagen. UBA-FB 001409. 50/2010. Hg. v. UBA. Dessau-Roßlau
[15] UBA; Bünemann; Rachut, G.; Christiani, J.; Langen, M.; Wolters, J.; UBA (2011): Planspiel zur
Fortentwicklung der Verpackungsverordnung – Teilvorhaben 1: Bestimmung der Idealzusammensetzung der Wertstofftonne. Dessau
[16] UBA (2012): Analyse und Fortentwicklung der Verwertungsquoten für Wertstoffe. Sammel- und
Verwertungsquoten für Verpackungen und stoffgleiche Nichtverpackungen als Lenkungsinstrument zur Ressourcenschonung. UBA-FB 001636 Texte 40/2012
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