Fraunhofer-GesellschaftEin Forschungsprojekt mehrerer Fraunhofer-Institute
»BauCycle«: Von feinkörnigem Bauabbruch zu funktionalen Baumaterialien und Bauteilen
Der Bausektor gehört in Deutschland zu den ressourcenintensivsten Wirtschaftssektoren. Er setzt jährlich rund 550 Mio Tonnen an mineralischen Baurohstoffen ein. Der Gesamtbestand an Bauwerken ist mit rund 100 Mrd Tonnen inzwischen ein bedeutendes Rohstofflager, das nach Nutzungsende wieder dem Recycling zugeführt werden kann. Speziell für die im Bauschutt anfallenden Feinfraktionen < 2 Millimeter gibt es derzeit kein geeignetes Recyclingverfahren. Gängige Praxis ist, die jährlich in Deutschland anfallenden 5 Mio Tonnen auf Bauschuttdeponien zu entsorgen. Die aktuelle Situation wird sich zukünftig verschärfen, wenn die als Teil einer neuen Mantelverordnung zum Einsatz von mineralischen Ersatzbaustoffen in technischen Bauwerken geplante Ersatzbaustoffverordnung in Kraft tritt. Bisher im Bereich Straßen- und Deponiebau eingesetzte Materialien dürfen dann nicht länger als Baustoff verwendet werden. Der Bauwirtschaft werden somit in Zukunft wertvolle Rohstoffe entzogen.
Das Fraunhofer interne Forschungsprojekt »BauCycle« hat sich als Ziel gesetzt, für die heute nicht nutzbaren Feinfraktionen mineralischer Bauabfälle neue und wirtschaftlich attraktive Verwertungsoptionen zu entwickeln. Aufgrund der stofflichen Heterogenität und den mit der Feinkörnigkeit verbundenen technischen und sicherheitsseitigen Herausforderungen dieses Stoffstroms sind Aufbereitungstechniken, Logistikkonzepte und Produktinnovationen erforderlich, die deutlich über den heutigen Stand hinausgehen. Das Projekt »BauCycle« unterstützt somit die Fraunhofer Strategien »Produzieren in Kreisläufen« und »Energie- und Ressourceneffizienz« mit dem Ziel aus einer heutigen »Problemfraktion« in Zukunft einen echten Wertstoff zu generieren.
Drei Säulen tragen das Gesamtkonzept
Es wird eine ganzheitliche technologische wie auch logistische Lösung für die Kreislaufwirtschaft im Bauwesen entwickelt. Hierzu wird ein neuartiges opto-pneumatisches Sortierverfahren für Feinfraktionen entwickelt, welches neben Farb- und Helligkeitserkennung auch chemische Unterschiede in den Partikeln z. B. »sulfatisch« oder »silikatisch« erkennen und nach diesen Kriterien sortieren kann. Ein optimales Sortierergebnis resultiert in der selektiven Abtrennung von Gipspartikeln aus dem Bauschutt. Für die Wiederverwertbarkeit der Betonfraktion stellt der Gipsgehalt ein entscheidendes Kriterium dar.
Aus den nach der Sortierung erhaltenen Fraktionen werden verschiedene Ansätze zur Herstellung von Bauteilen umgesetzt, um die möglichen Recyclingwege und Verwertungspotentiale darzustellen und die Realisierbarkeit nachzuweisen. Neben der Herstellung von Granulaten für den Einsatz in akustisch aktivierten Bauteilen und der Nutzung als Zementrohstoff wird auch die Entwicklung zementfreier Bindemittel adressiert. Der zukünftige Markt für RC-Materialien und Bauteile ist groß: Beispielsweise sind poröse mineralische Platten prädestiniert für Schallabsorber in Lärmschutzwänden. 2013 wurden 117 000 Quadratmeter Lärmschutzwände an Straßen und ca. 62 Kilometer entlang an Schienen errichtet.
Da die aus den »BauCycle«-Prozessen entstehenden Produktwertschöpfungsketten sich von den bisher im Bausektor vorhandenen Modellen deutlich unterscheiden, wird begleitend eine Marktplattform entwickelt. Sie unterstützt bei der Markteinführung der Produkte, indem sie der veränderten Komplexität der neuen Wertschöpfungsketten Rechnung trägt und diese transparenter und zugänglicher für die Akteure gestaltet. Der wirtschaftliche Kern dieses Geschäftsfeldes ist eine dynamische, echtzeitfähige Marktplattform im Sinne einer Rohstoffbörse, die das Angebot von Recyclingfirmen und den Bedarf von RC-Material produzierenden Unternehmen erfasst.
Vier Fraunhofer-Institute bündeln ihre Kompetenzen für 3 Jahre um mit einem Budget von 3,3 Mio € die erfolgreiche Umsetzung der Ziele bis zum 31.12.2019 zu realisieren. Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP zeigt sich verantwortlich für die Verwertung des sortierten Bauschutts. Dabei sollen neben klassischen Betonanwendungen auch funktionale Bauteile, wie Schallschutzelemente sowie zementfreie Bindemittel entwickelt werden. Vom IBP sind die Arbeitsgruppen »Akustik « und »Betontechnologie und funktionale Baustoffe« beteiligt. Das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, vertreten durch die Arbeitsgruppen »Umwelt- und Ressourcenlogistik« und »Supply Chain Engineering« hat die nötige Kompetenz um sämtliche Analysen und Simulationen durchzuführen welche eine funktionierende Marktplattform erfordern. Dabei muss neben dem Materialaufkommen und dem Materialbedarf auch die regionale Verfügbarkeit berücksichtigt werden. Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB entwickelt im Laufe des Projekts die Sortierung welche die Realisierung des Recyclings von feinkörnigem Bauabbruch erst ermöglicht. Dies erfordert zum einen das Handling von Material kleiner 2 Millimeter sowie die selektive Sortierung nach optischen und chemischen Eigenschaften. Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT verfügt über die nötigen Kompetenzen im Bereich nachhaltigkeitsorientierter Bewertung von Ressourcen und Prozessen sowie das technologische Know-How zu einzelnen Werkstoffen.
Branchenübergreifende Vermarktung
Ist die Lösung für feinkörniges Material aus dem Baubereich gefunden, kann diese im Anschluss auf ähnliche Fraktionen aus anderen Branchen übertragen werden. In nahezu allen mechanischen Aufbereitungsanlagen fallen Feinfraktionen an, z. B. Glasrecycling, Bergbauindustrie, Rückstände aus thermischen Prozessen oder Gießereirückstände. Die Aufbereitung, Sortierung und Anwendung von feinen Materialien bietet ein bislang nicht erschlossenes Potenzial für die drei identifizierten Geschäftsfelder. Die erfolgreiche Realisierung der »BauCycle« Ziele kann einen wertvollen Beitrag in punkto Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz in anderen Branchen liefern.