Baucycle

Highlights aus Forschung und Entwicklung

Von feinkörnigem Bauabbruch zu funktionalen Baumaterialien und Bauteilen

© Foto Fraunhofer IBP

Prinzip des Optical Computing

Die Abrissbirne kracht in das Mauerwerk, zurück bleibt Bauschutt. Während große Bruchstücke abgetrennt und vorwiegend als Füllmaterial oder im Straßenunterbau wiederverwendet werden können,...

Ist das bei den Feinfraktionen nicht möglich – also bei Bruchstücken, die kleiner als zwei Millimeter sind. Denn in dieser Feinfraktion vermischen sich verschiedene Materialien. Zudem stellen sich feine Partikel spezielle technische und sicherheitsseitige Herausforderungen. Für ein Recycling der Feinfraktionen sind daher Aufbereitungstechniken, Logistikkonzepte und Produktinnovationen erforderlich, die deutlich über den heutigen Stand hinausgehen.

 

Recycling für Bauschutt-Feinfraktionen


Im drei Jahre laufenden MAVO-Projekt »BauCycle« entwickeln Forscher der Institute Fraunhofer IML, Fraunhofer IOSB und Fraunhofer UMSICHT unter der Leitung des Fraunhofer IBP neue und wirtschaftlich attraktive Verwertungsoptionen für Feinfraktionen mineralischer Bauabfälle. Das Projekt umfasst sowohl eine ganzheitliche technologische wie auch eine logistische Lösung. Die Forscher am Fraunhofer IOSB entwickeln ein neuartiges optopneumatisches Sortierverfahren für Feinfraktionen: Dieses erkennt neben Farben und Helligkeiten auch chemische Unterschiede in den Partikeln, z. B. »sulfatisch« oder »silikatisch«, und sortiert die Bestandteile entsprechend. Speziell geht es darum, Gipspartikel selektiv vom Bauschutt abzutrennen. Im Anschluss an die Sortierung stellen die Wissenschaftler verschiedene Bauteile her, um die potenziellen Recyclingwege und Verwertungspotenziale aufzuzeigen. Die Forscher des Fraunhofer IML entwickeln eine Marktplattform, die der veränderten Komplexität der neuen Wertschöpfungsketten Rechnung trägt und diese transparenter für die Akteure gestaltet – und die somit die Markteinführung der Produkte unterstützt.

Großes Potenzial: Fünf Millionen Tonnen Feinfraktionen jährlich allein in Deutschland


Der Bausektor gehört in Deutschland zu den ressourcenintensivsten Wirtschaftssektoren. Er setzt jährlich rund 550 Millionen Tonnen an mineralischen Baurohstoffen ein. Der Gesamtbestand an Bauwerken ist mit rund 100 Milliarden Tonnen inzwischen ein bedeutendes Rohstofflager, das nach Nutzungsende wieder recycelt werden kann. Bauschutt besteht aus den Hauptkomponenten Altbeton, Ziegel und Kalksandstein sowie etwa zehn Prozent Gips. Speziell für die im Bauschutt anfallenden Feinfraktionen, die kleiner als zwei Millimeter sind, gibt es derzeit kein geeignetes Recyclingverfahren. Dabei fallen jährlich allein in Deutschland rund fünf Millionen Tonnen davon an. Mehr als 70 Prozent der Recycling-Baustoffe werden im Bereich Straßenbau, Deponiebau und Erdbau verwertet. Etwa 20 Prozent wandern als Zuschlagsmaterial in die Asphalt- und Betonherstellung. Somit werden über 90 Prozent der Recycling-Baustoffe in Anwendungen wiederverwertet, die niederwertiger sind als der Primäreinsatz. Nur etwa 9 Prozent werden zur Herstellung gleich- oder höherwertiger Produkte wie Lärmschutzwänden verwendet.

Projektziele


Allein die Bauwirtschaft, die den Abfallstrom verursacht, hat die Kapazität, große Mengen feinkörnigen Abbruchabfalls aufzunehmen. Dazu muss der feinkörnige Abbruch in Form von Produkten wie Granulaten (Zuschläge), funktionalen Bauteilen (z. B. Schallabsorber) und Bindemitteln (z. B. Zementzumahlstoffen) wieder in den ursprünglichen Baukreislauf zurückgeführt werden. Im Sinne eines echten Recyclings ist das Idealziel, die Rohstoffe zurückzugewinnen, um daraus wiederum die Original-Produkte herzustellen – und somit reale Materialkreisläufe zu realisieren. Die FuE-Herausforderungen dieses Vorhabens liegen darin, den Abbruch zu sortieren und aufzubereiten, die Stoff- und Bauteilströme effizient logistisch zu verteilen und funktionale sowie qualitätsgesicherte Recycling-Produkte wirtschaftlich herzustellen. Optische Sortieranlagen haben in den vergangenen Jahren ihre Effektivität in puncto Sortierung von Mineralien unter Beweis gestellt. Sie sind in der Lage, Rohstoffe aufgrund ihrer Farbe, Form und Helligkeit kostengünstig zu trennen. Auch in Kornbereichen unter 40 Millimetern bis hin zu Korngrößen von drei bis fünf Millimetern können optische Sortieranlagen bestehende Aufbereitungsprozesse entlasten oder sogar ersetzen. Für noch kleinere Korngrößen müssen diese zuerst entwickelt werden – hier setzt das MAVO-Projekt an. Unter »Optical Computing« werden im Sortierbereich verschiedene spektroskopische Bildaufnahmeverfahren zusammengefasst. Dabei werden Kameras mit optimierten spektralen Empfindlichkeiten an die jeweilige Sortieraufgabe angepasst. Der Hauptvorteil gegenüber dem Stand der Technik mittels bildgebender Spektroskopie ist, dass nicht für jeden Ortspunkt ein Spektrum erfasst werden muss. Stattdessen wird das Reflektanzspektrum des Schüttguts rein optisch analysiert und nur das Analyseergebnis als Intensitätswert in der Kamera quantisiert (Bild 1).

Aus Feinschutt werden Demonstratoren


Das Fraunhofer IBP konnte bereits im ersten Projektjahr zeigen: Es ist technisch möglich, aus »idealem« feinkörnigem Betonabbruch Rohstoffe zurückzugewinnen, diese für die Produktion von Porenbeton und für die Herstellung von Geopolymeren sowie Leichtzuschlägen zu nutzen und daraus Demonstratoren herzustellen (siehe Bild 2). Im zweiten Projektjahr sollen die gewonnenen Erkenntnisse nun auf »realen« Bauschutt übertragen werden. Die spannende und entscheidende Frage wird sein, wie gut sich Gipspartikel aus dem Bauschutt entfernen lassen. Die ersten Sortierergebnisse an idealem Bauschutt sind jedenfalls sehr vielversprechend.

© Foto Fraunhofer IBP

Aus »idealem« Bauschutt hergestellter Porenbeton

© Foto Fraunhofer IBP

Geopolymer aus Ziegelmehl

© Foto Fraunhofer IBP

Geschäumter Betonabbruch als Leichtzuschlag