Laserbasierte Baustoffsortierung | Forschung

Eine geschlossene Kreislaufführung in der mineralischen Bauindustrie erfordert neue Herangehensweisen in der Aufbereitung von mineralischen Bau- und Abbruchabfällen. Mit Hilfe der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) soll ein neues Aufbereitungsverfahren entwickelt und erprobt werden.

Laserbasierte Baustoffsortierung (LIBS-ConSort)

Zur Aufbereitung von Bau- und Abbruchabfällen für die Kreislaufwirtschaft

Die erfolgreiche Schließung von Stoffkreisläufen in der Bauindustrie erfordert sortenreine Materialfraktionen. Mit der Kombination geeigneter Aufschluss- und sensorgestützter Sortierverfahren können Recyclingmaterialien (Sekundärrohstoffe) aus heterogenen Materialgemengen gewonnen werden. Ein Vorteil für Baustoffrecycling-Unternehmen: denn die händische Sortierung von gemischtem Bauschutt und Baustellenabfällen ist meist mit Gefahren und Risiken für die am Sortierverfahren beteiligten Mitarbeiter verbunden.

Baustoffindustrie verlangt Sortenreinheit

Zielstoffe sind der Baustoffindustrie möglichst sortenrein zur Verfügung zu stellen. Die Abtrennung von vorkommenden Fremd-, Stör- und Schadstoffen sollte unter wirtschaftlichen Aspekten betrachtet werden. Die zunehmende Masse an Verbundbaustoffen und deren Materialvielfalt gestaltet sich dabei als problematisch. Mittelfristig führt diese zu einer sehr viel stärkeren Heterogenität mineralischer Bau- und Abbruchabfälle.

Verbund- und Störstoffe bei der Sortierung

Ein typisches Beispiel für einen Verbundbaustoff sind Mauerwerkhauptbaustoffe mit anhaftenden Fremd- und Störstoffen. Ein Beispiel für einen Störstoff stellt der allgegenwärtige Gipsputz dar. Insofern dieser im aufbereiteten Materialgemenge vorliegt, wird eine adäquate Wiederverwertung erschwert. Der Umgang mit den Verbundbaustoffen erfordert eine neue Herangehensweise in der klassischen Aufbereitung mineralischer Bau und Abbruchabfälle – allem voran auch neue Sortiertechnologien.

Zielstoffe in mineralischen Bau- und Abbruchabfällen bilden oftmals die mengenmäßig dominierenden Hauptbaustoffe in einem Materialgemenge. Hierunter zählen insbesondere die im klassischen Mauerwerkbau anzutreffenden Hauptbaustoffe wie Beton, Ziegel, Kalksandstein und Porenbeton. Diese erfüllen zugleich eine statische Funktion. Da sie zugleich den Wertstoff darstellen, sollte für die nachfolgende Verwertung eine möglichst hohe Sortenreinheit erzielt werden. Mit steigender Heterogenität der Bau- und Abbruchabfälle findet man verschiedene Fremd- und Störstoffe (Nebenbaustoffe) oder auch Schad- und Gefahrstoffe im Abbruchmaterial vor.

Fremd- und Störstoffe bilden alle Nebenbaustoffe, die in den Zielbaustoffen enthalten sein können und aus baustofftechnologischen Gesichtspunkten eine spätere Wiederverwendung erschweren. Für Störstoffe gilt: diese sollten frühestmöglich erkannt und aus dem Materialgemenge herausgeschleust (Störstoffentfrachtung) werden. Dadurch wird eine Verschleppung in nachfolgende Aufbereitungsschritte weitgehend unterbunden. Störstoffe können durch eine weitere Aufbereitung und entsprechenden Sortierstufen in sortenreine Materialien überführt und einem getrennten Stoffkreislauf zugeführt werden.

Zur Kategorie der Schadstoffe zählen alle Baustoffe, die aufgrund umwelttechnischer und arbeitsschutzrechtlicher Aspekte eine nachfolgende Verwertung von Zielstoffen erschweren oder verbieten. Eine frühestmögliche Erkennung und die kontrollierte Ausschleusung können eine Verschleppung innerhalb nachfolgender Aufbereitungsschritte unterbinden. Obwohl Schadstoffe beim Rückbau und der Sanierung bereits getrennt gesammelt und entsorgt werden, findet man diese dennoch in verschiedenen rezyklierten Baustoffen vor – belegt durch erste Voruntersuchungen.

Innovative Sensortechnologie

Schwerpunkt des Forschungsvorhabens bildet die Entwicklung eines sensorgestützten Sortierverfahrens, um Verbundbaustoffe mit anhaftenden Fremd- und Störstoffen vor der weiteren Aufbereitung zu erkennen und auszuschleusen. Das Unternehmen SECOPTA analytics GmbH setzt zu diesem Zweck die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (kurz: LIBS, engl. laser-induced breakdown spectroscopy) ein. Die Kombination von LIBS mit weiteren Sensortechnologien (Farbe oder Nahinfrarot) soll zur deutlichen Steigerung der Sortenreinheit von Recycling-Produkten führen.

Forschung im Verbund

Projektpartner

Mehrere Forschungseinrichtungen sowie Unternehmen aus Berlin und Brandenburg arbeiten innerhalb des LIBS-Projektes interdisziplinär zusammen. Diese Zusammenarbeit von klein- und mittelständischen „Baustoffrecyclern“ mit politischen und wissenschaftlichen Entscheidungs- bzw. Wissensträgern begünstigt und fördert die Anwendung und Untersuchung neuer Aufbereitungstechnologien entlang der Wertschöpfungskette innerhalb der Ballungsregion. Wirtschaftliche und technologische Barrieren und Hemmnisse können so abgebaut werden.

Durch die Einbindung weiterer Akteure – darunter die Berliner Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz und der Deutsche Abbruchverband e.V. – erfolgt eine ganzheitliche Betrachtung aller zu erwartenden Stoffströme samt integrierter Aufbereitungstechnologien. Das Projektvorhaben liefert einen Beitrag zur Umsetzung der Zero Waste Strategie der Berliner Kreislaufwirtschaft, um die Recyclingquoten kurzfristig zu steigern.

Projektgruppen

Aufgrund der Komplexität des Forschungsvorhabens werden die Tätigkeiten auf drei Projektgruppen aufgeteilt. Die Koordination unterliegt dem IAB Weimar.

Innerhalb der Projektgruppe „Recyclingverfahren“ sollen verschiedene Sortierverfahren erprobt und hinsichtlich des Sortiererfolgs miteinander verglichen werden. Im Fokus steht die Entwicklung eines sensorgestützten Sortierverfahrens zur Vorsortierung mineralischer Bau- und Abbruchabfälle. Dabei kommt die laserinduzierte Plasmaspektroskopie zum Einsatz. Mit Hilfe eines Demonstrators wird die Neuentwicklung unter realen Bedingungen erprobt und validiert. Der Demonstrator besteht aus der Sensorik und der Sortieranlage mit Auswurffunktion grobstückiger, nicht-aufgeschlossener Materialverbünde. Die Koordination der Projektgruppe „Recyclingverfahren“ übernimmt das klein- und mittelständische Baustoffrecycling-Unternehmen BTB Recyclinghof GmbH.

Die Projektgruppe „Verwertung“ wird von der Technischen Universität Berlin (TUB) koordiniert und prüft die Verwertungs- und Absatzmöglichkeiten. Darunter fallen u.a. die Verwendung rezyklierter Gesteinskörnungen in Beton, die Verwertung sulfathaltiger Baustoffe als REA-Gips-Ersatz oder die Aufbauagglomeration zu synthetischen, leichten Gesteinskörnungen für Leichtbeton bzw. als Substrat für die Dachbegrünung. Ferner wird untersucht, ob lösliche Bestandteile (Sulfate, Schwermetalle etc.) ohne eine nasschemische Analyse durch die laserinduzierte Plasmaspektroskopie detektiert werden können und welchen Einfluss die Recyclingmaterialien auf die Umwelt haben.

Die Projektgruppe „Sensorgestützte Sortierung“ widmet sich der Kopplung der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) mit weiteren Sensortechnologien (Farbe/Nahinfrarot). Insbesondere Verbundbaustoffe mit anhaftenden Fremd- und Störstoffen sollen dadurch frühzeitig erkannt und aus dem aufzubereitenden Wertstoffgemenge abgetrennt werden. Ein Online-Messverfahren generiert Daten über die chemisch-mineralogische Zusammensetzung der Wertstoffströme. Die Koordination unterliegt der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM).