Recycling von Mineralwolleabfällen

 

Autoren: Katharina Grass, Victor Bartashov, Jürgen Sucker

IB Engineering GmbH

Datum der Veröffentlichung: 29.03.2021 

 

Die Zunahme des Volumens von Mineralwolleabfällen und die Notwendigkeit ihres Recyclings gehören zu den wichtigen Themen in der Herstellung und Verwendung von Mineralwollprodukten. Laut Experten [1] hinterlässt allein der Bau- und Abbruchsektor der EU mehr als 2,5 Millionen Tonnen von Mineralwolleabfällen jährlich.

Die Abfälle aus der Mineralwolle-Herstellung betragen in Europa 20 bis 60% der Produktion. In der Praxis bedeutet dies 160.000 bis 480.000 Tonnen Abfälle in der EU aus 40 Produktionslinien bei einer durchschnittlichen jährlichen Produktion von 20.000 Tonnen pro Linie [2]. Angesichts der Tatsache, dass die Wachstumsrate der Industrieproduktion von Jahr zu Jahr zunimmt, wächst das Volumen der gelagerten Abfälle ständig. Im Durchschnitt werden 8–10% des Wertes der hergestellten Produkte für die Entsorgung von Industrieabfällen ausgegeben. Aus diesem Grund ist das Abfallrecycling von größter Bedeutung [3].

1.      Arten und Quellen von Mineralwolleabfällen

 

Als Hauptquellen von Mineralwollabfällen können folgende Branchen genannt werden:

 

Die Abfälle bei der Herstellung von Dämmstoffen aus Mineralwolle entstehen in verschiedenen Phasen des Produktionsprozesses:

 

Abb. 1: Arten und Quellen von Mineralwolleabfällen

 

Darüber hinaus wird Mineralwolle in der Europäischen Union gemäß der Richtlinie 97/69/EG nach dem Gefahrengrad der Kanzerogenität in „alte“ und „neu“ Mineralwolle eingeteilt. Dies betrifft in erster Linie die Wiederverwendung von gebrauchten Produkten aus Mineralwolle (Bausektor, technische Isolierung u.a.) im Produktionszyklus.

Seit 2000 ist die Herstellung und Verwendung von biopersistenten künstlichen Mineralfasern in der Europäischen Union verboten. Für die „alte“ Mineralwolle, die vor 2000 hergestellt wurde, gelten strengere Entsorgungsvorschriften als für Abfälle „neuer“ Mineralwolle. Aufgrund ihrer kanzerogenen Wirkung kann die „alte“ Mineralwolle nicht für die Herstellung von neuen Produkten wiederverwendet werden.

2.      Umgang mit Mineralwolleabfällen

 

In der heutigen Praxis im Umgang mit Mineralwollabfällen können drei Hauptrichtungen genannt werden: Deponierung, Recycling in Mineralwollindustrie sowie Verwertung in anderen Industriezweigen.

Abb. 2: Hauptrichtungen im Umgang mit Mineralwollabfällen

 

2.1.  Abfalldeponie

 

Abfalldeponie ist der einfachste Weg in der Praxis des Umgangs mit Mineralwollabfällen, der allerdings eine Reihe von Nachteilen aufweist. Für die Hersteller von Mineralwollprodukten drucken sich diese Nachteile, einerseits, im Verlust wertvoller Rohstoffe aus, aus denen ein neues, gewinnbringendes Produkt hergestellt werden kann (siehe Abb. 3).

Abb. 3: Materialverluste durch Abfälle bei Herstellung von Mineralwolle-Dämmstoffen

 

Andererseits, aus dem Verzicht auf Recycling ergeben sich zusätzliche hohe Kosten für Entsorgung und Transport. Die Gebühren für die Entsorgung von Mineralwollabfällen in den letzten Jahren in einigen Ländern erheblich gestiegen. So lag beispielsweise vor einigen Jahren in Deutschland die Gebühr für Abfalldeponie zwischen 40 und 50 Euro pro Tonne. Derzeit beträgt die Annahmegebühr bei deutschen Deponien im Durchschnitt 225 Euro pro Tonne [4].

Außerdem führt der irrationale Umgang mit nicht erneuerbaren, leicht verfügbaren natürlichen Ressourcen (Basalt, Dolomit usw.) zu deren schnellen Erschöpfung sowie zur Ansammlung größerer Abfallmengen. Die Ansammlung von Abfällen wirkt wiederum negativ auf die Umwelt ein, indem sie den Boden und Gewässer verunreinigen und freie Landflächen belegen.

Es ist zu beachten, dass die Deponie von Mineralwollabfällen aufgrund ihres großen Volumens, geringer Schüttdichte, hoher Elastizität, schlechter Kompressibilität und folglich ihrer mangelnden Stabilität auf der Deponie technisch schwierig ist [5].

 

2.2.  Möglichkeiten der Verwertung in anderen Industriezweigen

 

Bei der Entscheidung über die Entsorgung der "alten" Mineralwolle wurden zahlreiche Versuche unternommen, um diese in anderen Industriezweigen zu verwerten. Bestehende Forschungen zu diesem Thema legen Wert auf die Anwendungen, bei denen potenziell krebserregende Fasern zerstört oder festgebunden werden. Beispielsweise sind wissenschaftliche Studien zur Verwertung von Mineralwollabfällen in folgenden Industriezweigen bekannt:

 

Die Schwierigkeiten bei der Implementierung dieser Forschungen in der Praxis liegen vor allem darin, dass bewährte Technologien und die erforderliche Gerätetechnik fehlen. Außerdem ist das Abfallmanagementsystem, einschließlich der Organisation der Sammlung, Sortierung und Aufbereitung von Abfällen, unvollkommen.

 

2.3.  Recycling in Mineralwolleindustrie

 

Aus der Sicht der Kreislaufwirtschaft stellt die Rückführung von Abfällen in die Mineralwolleproduktion die beste Lösung dar und befindet sich in der Abfallbewirtschaftungshierarchie an zweiter Stelle nach Abfallvermeidung [17]. Durch das Wiedereinschmelzen von Mineralwolleabfällen werden gefährdungsrelevante Charakteristika wie Morphologie und Chemie im Schmelz- und Erstarrungsprozess modifiziert [18]. Außerdem reduziert sich der Energieverbrauch für das Schmelzen durch das Ersetzen von Primärrohstoffen durch Sekundärrohstoffe und macht somit den Prozess wirtschaftlicher. 

Eine der Schwierigkeiten beim Recycling von Meneralwolleabfällen besteht aufgrund der großen Menge von kleinen Abfällen wie Staub oder "Perlen". Bei der Standardtechnologie mit einem Kupolofen werden normalerweise Klumpenrohstoffe mit einer Größe von ca. 100 mm verwendet. Das Zuführen von einer großen Menge kleiner Abfälle in dieser Technologie kann zu einer Blockierung der Luftversorgung führen [18].

Daher ist der häufigste Weg der Rückführung kleiner Abfälle in den Kupolofen die vorläufige Bildung von Briketts [19]. Beim Brikettieren wird der Abfall zu einer homogenen Masse gemahlen, mit Zement und Wasser gemischt, anschließend in einer hydraulischen Presse zu Briketts geformt, in einem Trockenkammer getrocknet und zur Herstellung von Mineralwolleplatten als einer der Komponenten der Ladung zugeführt [ 20].

Das Problem dieser Methode besteht darin, dass mit Zement gebundene Briketts unter Einwirkung von hohen Temperaturen bereits vor Beginn des Schmelzens in kleine Stücke zerfallen, was das Schmelzen in dem Kupolofen aufgrund einer Verhinderung der Luftzufuhr problematisch macht [21]. Darüber hinaus verursacht das Schmelzen von zementhaltigen Briketts größere Emissionen von Partikeln und Schwefeloxiden in die Atmosphäre als das Schmelzen von Primärrohstoffen [2].

Hydraulische Bindemittel auf der Basis von Ton und Flüssigglas sind auch für das Brikettieren nicht optimal, da die Festigkeit solcher Briketts bei einer Temperatur von etwa 500°C abnimmt [1]. Briketts, die ein Bindemittel auf Ton-Basis enthalten, weisen eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit auf, sodass sie während der Lagerung dazu neigen, Wasser aufzunehmen und zu zerfallen [22].

Aus wirtschaftlicher Sicht ist das Brikettieren ein kostspieliger Zwischenprozess, der zusätzliches Material, Energie und Personal erfordert.

Im Rahmen eines Forschungsprogramms wurde eine Methode für die Zufuhr von Mineralwolleabfällen entwickelt, indem an der Zentrifuge gewonnene und bis auf 0–6 mm zerkleinerte Abfälle direkt in einen Kupolofen zugefügt werden [2]. Mit dieser Methode kann allerdings eine maximale Ersatzrate von Primärrohstoffen von 10% erreicht werden. Auch eine Recyclinganlage für Mineralwollabfälle ist bekannt, die sich ausschließlich auf Abfälle beim Trimmen (Verschnitt) orientiert.  Hier werden zerkleinerte Abfälle direkt in der Fasersammelkammer zugesetzt [23]. Wie bei der vorherigen Methode ist der Prozentsatz der Abfälle begrenzt, sodass diese Option nicht für eine große Abfallmenge verwendet werden kann.

Zusammenfassend lassen sich folgende Schlussfolgerungen zum Recycling von Mineralwolle Abfällen in Mineralwolleindustrie ziehen:

 

  1. Derzeit gibt es keine Möglichkeit, die gesamten gemischten Abfälle aus Mineralwolleindustrie zu verarbeiten: keine der existierenden Methoden ist für die Verarbeitung aller Arten von Industrieabfällen ausgelegt. Selbst mit Verwendung der Brikettierungsmethode ist es unmöglich, alle Arten der Abfälle zu recyceln.

  2. Es besteht heute noch keine Möglichkeit, eine große Abfallmenge direkt ohne Brikettierung zu verarbeiten. Mit den oben beschriebenen Methoden zur partiellen Zugabe der Abfälle in den Kupolofen oder in die Fasersammelkammer kann nur ein sehr geringer Prozentsatz der Abfälle recycelt werden.

 

Zum Abschluss sei anzumerken, dass alle Methoden der Rückführung von Abfällen in die Mineralwolleproduktion derzeit hauptsächlich auf Industrieabfälle anwendbar sind, deren chemische Zusammensetzung bekannt ist. So nehmen viele Mineralwollehersteller die gebrauchten Mineralwolle-Dämmstoffe ausschließlich aus eigener Produktion zum Recycling [24]. Die chemische Zusammensetzung von Mineralwolleabfällen aus dem Bau- und Abbruchsektor ist meistens unbekannt [1]. Aufgrund der strengen Anforderungen an die chemische Zusammensetzung der Mineralwolle in den EU-Ländern wird die Rückführung der gebrauchten Mineralwolleprodukten in die Mineralwolleproduktion derzeit meistens als inakzeptabel angesehen (siehe Absatz 1 und Abb. 2).

In den Ländern außerhalb der Europäischen Union, die keine strikte Trennung zwischen "alter" und "neuer" Mineralwolle haben, bieten einige Unternehmen die Entsorgung und Recycling von gebrauchten Mineralwolleprodukten von der Baustelle an [25].

3.      Fazit: Hauptgründe für die irrationale Verwendung von Mineralwolleabfällen

Zusammenfassend lässt sich behaupten, dass einer der Hauptgründe für irrationale Verwendung von industrielen Mineralwolleabfällen der Mangel an geeigneten Technologien und Anlagen ist, um das gesamte Volumen an Produktionsabfällen zu minimalen Kosten zu recyceln. Unser Unternehmen ging mit dieser Aufgabe mit dem Vorschlag von innovativer technologischer Lösung um.

Durch von der IB Engineering GmbH entwickelten technologischen Recycling-Linie IBE13R ist es nun möglich, das gesamte Volumen von industriellen Mineralwollabfällen zu minimalen Kosten zu recyceln und währenddessen die hohen Anforderungen an Ressourceneffizienz und Umweltschutz zu erfüllen (Link: TECHNOLOGIE UND ANLAGENTECHNIK ZUR VERARBEITUNG VON PRODUKTIONSABFÄLLEN IN DER DÄMMSTOFFINDUSTRIE).

 

Literatur:

 

1                    Väntsi O., Kärki T. (2014): Mineral wool waste in Europe: a review of mineral wool waste quantity, quality, and current recycling methods; Journal of Material Cycles and Waste Management, Bd. 16, pp. 62-72.

2                    Karppinen, K. (2002).: Paroc-WIM—Waste injection into the stone wool melting furnace—LIFE02 ENV/FIN/000328, https://ec.europa.eu/environment/life/project/Projects/index.cfm?fuseaction=home.showFile&rep=laymanReport&fil=LIFE02_ENV_FIN_000328_LAYMAN.pdf,  [Zugriffsdatum: 02.02 2021].

3                    Abdrakhimov V.Z. (2019): Use of mineral wool waste in the production of ceramic wall materials, Samara State University of Economics, Vestnik PNGSPU. Construction and architecture, Samara, Russia,  https://www.researchgate.net/publication/342650277_THE_USE_OF_WASTE_MINERAL_WOOL_IN_THE_PRODUCTION_OF_CERAMIC_WALL_MATERIALS, [Zugriffsdatum:14.02.2021].

4                    Vogdt А. et al. (2019): LifeCycle KMF Optimierung der Stoffströme im Lebenszyklus von Bauprodukten aus künstlichen Mineralfaserdämmstoffen, Fraunhofer IRB Verlag.

5                    Sattler T. et al. (2020): Mineral wool waste in austria, associated health aspects and recycling options, https://digital.detritusjournal.com/articles/mineral-wool-waste-in-austria-associated-health-aspects-and-recycling-options/285, [Zugriffsdatum:  28.01.2021].

6                    Yliniemi J. et al. (2019): Mineral wool waste-based geopolymers; Fiber and Particle Engineering Research Unit, University of Oulu, Finland; Saint-Gobain, Finland.

7                    Sattler T., Vollprecht D. and Pomberger R. (2020): Stoffliche Verwertung von Mineralwolleabfällen in der Zement- und Mineralwolleindustrie, https://www.vivis.de/wp-content/uploads/2020/11/342-355_Sattler.pdf,  [Zugriffsdatum:11.02.2021].

8                    Kubiliute R., Kaminskas R., Kazlauskaite  A. (2019):  Mineral wool production waste as an additive for Portland cement Department of Silicate Technology, Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania, http://iranarze.ir/wp-content/uploads/2018/06/E7895-IranArze.pdf,  [Zugriffsdatum:14.02.2021].

9                    Pranckeviceine, J.; Balkevicius, V.; Spokauskas, A. (2010): Investigation on properties of sintered ceramics out of low-melting illite clay and additive of fine-dispersed nepheline syenite. Medziagotyra, pp. 231-235.

10                Kizinievič O. et al. (2014): Investigation of the usage of centrifuging waste of mineral wool melt (CMWW), contaminated with phenol and formaldehyde, in manufacturing of ceramic products, Waste Management 34(8), pp. 1488-1494.

11                Jetsu P., Vilkki M., Tiihonen I. (2020): Utilization of demolition wood and mineral wool wastes in wood-plastic composites, Finland; detritus -Multidisciplinary Journal for Waste Resources & Residues.

12                Maminski, M.; Krol, M.; Jaskolowski, W.; Borysiuk, P. (2011): Wood-mineral wool hybrid particleboards. European Journal of Wood and Wood Products, 69 iss. 2, pp. 337-339.

13                Gröper, J.; Lack, D. (2016): Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle in Spezialbaustoffen. In: Pomberger, R.u.a. (Hrsg.): Tagungsband zur 13. Recy & Depotech-Konferenz, Leoben: AVW (Eigenverlag), pp. 161-166.

14                An Cheng, Wei-Ting Lin, Ran Huang (2011): Application of rock wool waste in cement-based composites; Materials & Design; Volume 32, Issue 2, pp.636-642.

15                Babaev D.D., Zavadko M.Yu., Petropavlovskaya V.B. (2020): Solutions in the field of waste disposal from the production of basalt fibers; magazine "ISSUES OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF SOCIETY", pp .: 431-436, 2020. Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Tver State Technical University", Russia, Tver.

16                Stonys R.et al. (2016):     Reuse of ultrafine mineral wool production waste in the manufacture of refractory concrete, Research article, Journal of Environmental Management 176, pp. 149-156.

17                WKO Kreislaufwirtschaft: https://www.wko.at/service/umwelt-energie/kreislaufwirtschaft.html,  https://digital.detritusjournal.com/articles/mineral-wool-waste-in-austria-associated-health-aspects-and-recycling-options/285, [Дата обращения:  28.01.2021]

18                Sattler T., Galler R.  Vollprecht D. (2019):     Entwicklung innovativer Recyclingverfahren für Mineralwolleabfälle – Projekt RecyMin; BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte volume 164, pp. 552–556.

19                Vollprecht, D. et al. (2019):  Innovative Landfilling and Recycling of Mineral Wool Waste as Backfill Material, in the Cement Industry and in the M ineral Wool Industry; Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 6; pp. 480-492, https://www.vivis.de/wp-content/uploads/MNA6/2019_MNA_480-493_Vollprecht, [Zugriffsdatum:  10.01.2021].

20                Kataev D. (2018): 10 years under quality mark; https://ksonline.ru/333966/10-let-pod-znakom-kachestva/, [Zugriffsdatum: 14.01.2021].

21                BALKEVIČIU, et al.: Analysis of some properties of model system from low-melting illite clay and fibrous mineral wool waste; Institute of Thermal Insulation, Vilnius Gediminas Technical University, https://materialsscience.pwr.edu.pl/bi/vol25no1/articles/ms_2006_036.pdf,  [Zugriffsdatum:  14.01.2021].

22                PAROC GROUP (2002): EP0546000B2; Process for mineral wool production.

23                FAS Hansek GmbH & Co KG: Mineral wool recycling equipment: http://basalt-online.ru/section-equipment/recycling-of-mineral-wool-is-a-sophisticated-tool-that-combines-increased-profits-and-environmental, [Zugriffsdatum:11.02.2021].

24                Vogdt F. et al. (2019): Leitfaden Recyclingpotential von Mineralwolle, TU Berlin, https://www.irbnet.de/daten/rswb/19089008967.pdf, [Zugriffsdatum: 03.02 2021].

25                TECHNONICOL NEWS; http://fasad-rus.ru/news_end_new.php?id=4409, [Zugriffsdatum: 12.02.2021].