ENSUBA

Highlights aus Forschung und Entwicklung

Ensulfatisierung von Bauschutt

Er steckt in Wänden, Decken und Böden von Gebäuden: der Baustoff Gips. Und das in erheblicher Menge: Schon heute besteht die Gebäudesubstanz Deutschlands bis zu zehn Prozent aus Gips, schließlich lässt sich dieses Material angenehm verarbeiten. Doch hat es auch einen gravierenden Nachteil, und zwar in puncto Recycling. Denn Gips ist chemisch gesehen nichts anderes als Calciumsulfat-Dihydrat – also ein Sulfat. Und genau dieses bereitet Probleme, wenn es um die Wiederverwendbarkeit von Bauschutt geht.

© Fraunhofer IBP

REM-Aufnahme des Feststoffes nach der Umkristallisation.

© Fraunhofer IBP

Schematische Darstellung des »ENSUBA«-Verfahrens. Im ersten Schritt werden die sulfathaltigen Minerale aus dem Bauschutt entfernt. Ohne weitere Behandlung können diese z. B. als Düngemittel verwendet werden. Durch die Rückreaktion wird Gips zurückgewonnen, der wieder als Baustoff eingesetzt werden kann.

Die Regeln sind streng: So dürfen Recyclingbaustoffe des Typs 1 – also Betonsplitt oder Betonbrechsand – lediglich 0,2 Massenprozent Gips enthalten, Recyclingbaustoffe des Typs 2 – das sind Bauwerksplitt oder Bauwerkbrechsand – 0,5 Massenprozent. Insgesamt fallen jährlich allein in Deutschland etwa fünf Millionen Tonnen Bauschutt-Feinfraktionen an. Diese wandern unter anderem wegen der Gipsproblematik direkt auf die Deponie.

 

Sulfate entfernen

Wissenschaftler des Fraunhofer IBP entwickeln daher im Projekt ENSUBA eine Methode, mit der sich Sulfat aus dem Bauschutt entfernen lässt. Statt unbehandelt auf der Deponie zu landen und das Grundwasser zu gefährden, könnte der Bauschutt dann einfacher und umweltschonender deponiert oder sogar als Recyclingmaterial eingesetzt werden. Das Ziel der Wissenschaftler ist, ein Verfahren im Labormaßstab zu entwickeln.

Das zugrunde liegende Verfahren beruht auf einer Austauschreaktion zwischen Gips und Ammoniumcarbonat: Der Gips im Festkörper wird durch Calcit ersetzt. Das Ammoniumsulfat verbleibt in der Lösung, lässt sich in der Flüssigphase abtrennen und durch Zugabe von Calcit wieder als reiner Gips ausfällen. Zunächst untersuchten die Forscher die Ausgangsstoffe feststoffanalytisch über Pulverröntgenbeugungs- und Röntgenfluoreszenzanalyse. Für die Auslaugversuche nutzten sie einen Schütteltisch. Nach Ablauf der Reaktionszeit von 24 Stunden führten sie eine Filtration durch, um den Feststoff von der Flüssigphase zu trennen und die unterschiedlichen Phasen für die weitere Analyse vorzubereiten. Die chemische Analyse der Fraktionen ergab: Die Sulfatphasen können sowohl aus Mörtel als auch aus Porenbeton größtenteils entfernt werden. Im Porenbeton steckte noch eine Restmenge an Sulfat von 0,5 bis 1 Gewichtsprozent, bei den Mörtelproben waren es 0,8 bis 1,4 Gewichtsprozent. Auch konnten die Wissenschaftler viel Gips zurückgewinnen: Die Gipsausbeuten durch die Umkristallisation aus der Flüssigphase lagen je nach Baustoff zwischen 75 und 87 Prozent. In einem weiteren Schritt bestimmten die Forschergruppen die Kristallmorphologie der Produkte per Rasterelektronenmikroskopie.

Das Fazit: Es ist möglich, sulfathaltige Baustoffe so mit Ammoniumcarbonat zu behandeln, dass ein Großteil der chemisch gebundenen Sulfatphasen aus dem Bauschutt entfernt werden kann. Durch die hier entwickelte Methode kann zudem reiner Gips zurückgewonnen werden.