SESAM: Damit Metalle aus dem Hausmüll effizienter recycelt werden können

Den Schatz an Wertstoffen aus dem Hausmüll gewinnt das Projektteam von „SESAM“ zurück. Dabei begeben sich Wissenschaftler und Unternehmer vor allem auf die Suche nach Seltenen Erden. Sie erforschen eine wirtschaftliche und ökologische Methode, Mineralien im großen Maßstab zurückzugewinnen. Bisher verbleiben diese größtenteils ungenutzt im Restmüll. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4“ sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Analyse der Wertstoffe

Abfälle in Deutschland bergen einen großen Schatz an Wertstoffen. Insbesondere bei der Hausmüllverbrennung werden trotz intensiver Bemühungen um ein effektives Recycling große Mengen an Wertstoffen derzeit nicht wiederverwertet. Doch der Hightech-Standort Deutschland braucht wirtschaftsstrategisch wichtige Metalle – auch aus dem Hausmüll. Die bei der Verbrennung anfallenden sogenannten Flugaschen weisen einen hohen Gehalt an leicht flüchtigen Schwermetallverbindungen auf. Flugaschen setzen sich aus feinen Filteraschen zusammen, die in den Filtern der Abgasreinigung aus dem Abgas abgetrennt werden, und etwas gröberen Kesselaschen, die im Dampferzeuger der Anlage anfallen. Weil die Aschekörner sehr klein sind, eignen sie sich auch ohne eine vorhergehende mechanische Zerkleinerung sehr gut als Ausgangsstoff für die Rückgewinnung enthaltener Sekundärrohstoffe. Damit die Wertstoffe erfolgreich recycelt werden können, braucht es die genaue Kenntnis der stofflichen Zusammensetzung der Flugaschen.

Versuchsanordnung

Versuchsanordnung: Das Projektteam von „SESAM“ erkundet ein auf Polymeren basierendes Filtrationsverfahren für Wertstoffe.

Christine Hutterer, Technische Universität München

In einem ersten Schritt baut das „SESAM“-Projektteam dafür eine routinefähige Analytik zur Bestimmung der Haupt-, Neben- und Spurenbestandteile auf. So sollen die in hohen Konzentrationen enthaltenen Metalle Zink, Blei und Kupfer und versorgungskritische Elemente wie Seltene Erden zuverlässig bestimmt werden. Durch systematische Langzeitbeprobung einer Müllverwertungsanlage lässt sich abschließend eine fundierte Aussage über das Potenzial an Sekundärrohstoffen in den Flugaschen treffen. Auf Basis dieser Daten werden Zielelemente für die Rückgewinnung definiert.

Methode 1: Saure Flugaschenwäsche

Der Zweckverband MVA Ingolstadt betreibt als bisher einzige Müllverwertungsanlage (MVA) in Deutschland eine saure Flugaschenwäsche, mit der Schwermetalle extrahiert werden. Die Flugaschen werden in einem Rührkessel mit einer salzsauren Abfalllösung versetzt. Nach einer Vakuumbandfiltration bleiben ein schwermetallarmer Filterkuchen übrig und ein Konzentrat, das die gelösten Schwermetalle enthält.

Bisher liegt der Fokus jedoch nur auf einer Reduzierung des Zink- und Bleigehalts in den Flugaschen. Ziel von „SESAM“ ist es, auch weitere Elemente in Laborversuchen zu untersuchen und die entsprechenden Methoden zu optimieren.

Methode 2: Filtern mit Polymeren

Mit der polymergestützten Ultrafiltration „PAUF“ (Polymer Assisted Ultra Filtration) wird im Rahmen des Projekts eine bisher wenig bekannte Methode herangezogen, die sich optimal zur selektiven Abtrennung und Anreicherung niedrig konzentrierter Metallionen aus wässrigen Lösungen eignet. Die Methode beruht auf der selektiven und reversiblen Bindung von Metallionen an wasserlösliche Polymere, die dem Flüssigkeitsstrom zugegeben werden. In einer nachgeschalteten Ultrafiltrationseinheit werden die wasserlöslichen Polymere zusammen mit den an ihnen gebundenen Metallionen zurückgehalten. Die polymergestützte Ultrafiltration erlaubt hohe Anreicherungsraten bei einem geringen technischen Aufwand. Auf Basis von Laborversuchen zur Bindungsselektivität kommerziell erhältlicher Polymere wird die technische Umsetzbarkeit des Verfahrens im Betrieb einer Pilotanlage untersucht.

Über eine „SESAM“-Materialflussanalyse sollen Qualitätsansprüche und Handelsformen definiert werden, wie die Sekundärrohstoffe effizient in den Stoffkreislauf zurückzuführen sind. Hieraus lassen sich Anforderungen an Produkte der polymergestützten Ultrafiltration ableiten. Das Verfahren wird abschließend einer ganzheitlichen Bilanzierung unterworfen.