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Forschungsprojekte

  • Abgeschlossene Forschungsprojekte

Ausgangssituation:

Polyvinylchlorid (PVC) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der in vielen Produkten des täglichen Lebens unverzichtbar geworden ist. Aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften finden seine Anwendungen in der Industrie (Bauwesen und Elektronik) enormen Zuspruch. PVC steht im globalen Kunststoffverbrauch mit 37,4 Mio. Tonnen jährlich an dritter Stelle, hinter Polyethylen und Polypropylen. Obwohl PVC bereits 1945 der meistproduzierte Kunststoff der Welt war, ist die Recyclingfrage nur ungenügend geklärt. Die stoffliche Verwertungsquote liegt in Deutschland bei 37 % und verschlechtert somit die durchschnittliche stoffliche Verwertungsquote von Kunststoffen, welche im Schnitt bei 46 % liegt. Die üblichen Ansätze des PVC-Recyclings (Deponierung und Verbrennung) sind entweder energieintensiv oder ineffizient in Bezug auf die Wiederverwendungsqualität oder umweltschädlich aufgrund der Freisetzung schädlicher Gase.

Das Projekt:

Mit der Pyrolyse-Technologie ist es möglich, unter Ausschluss von Sauerstoff PVC zu spalten und petrochemisch verwertbare Kunststoffe daraus zu gewinnen. Pyrolyse ist die thermische Zersetzung chemischer Verbindungen bei hohen Temperaturen (600 °C) und spaltet die langkettigen Moleküle in organischen Verbindungen auf. Bei der Pyrolyse werden jedoch Chlorgase freigesetzt, die z.B. durch Bindung mit Natrium in der Vorstufe des Pyrolyseverfahrens abgeschieden werden können. Dies führt zu weiteren nützlichen Produkten wie Salzen und ermöglicht eine Pyrolyse ohne die Bildung schädlicher Abgase. Die erfolgreiche Etablierung der Pyrolysetechnologie in großem Maßstab steht jedoch vor wirtschaftlichen und betrieblichen Schwierigkeiten aufgrund schwankender Abfallmengen und -arten sowie hoher Investitionen. Durch die steigenden Energie- und Stromkosten und den steigenden Entsorgungsgebühren ergeben sich derzeit neue Chancen für kleine Verwertungsanlagen. Herausforderungen sind dabei die Robustheit der Pyrolysetechnologie und die Anpassung an schwankende Abfallmengen und -arten sowie die automatische Anlagensteuerung zur Reduzierung des Personaleinsatzes und damit der Kosten.

Ziele:

Im Rahmen des Projekts wird von AES eine neue Anlagentechnik entwickelt, die es ermöglicht, chlorhaltige Abfälle zu einem Pyrolyseöl und Salzsäure oder Kochsalz zu verarbeiten. Dabei übernimmt AES die Auslegung und Konstruktion der Chlorabscheidung und der dazugehörigen Pyrolysetechnik. In Kooperation mit der FH Aachen wird bereits während des Projekts die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Abschließend soll die neue Anlagentechnik bei einem Pilotkunden getestet werden. Durch diese technische Innovation der automatisierten Pyrolyseanlage mit ökologischer Betrachtung können C-Kreislaufschließung, CO2-Einsparung, Eliminierung von nicht verwertbaren Abfallströmen und effiziente Nutzung von stofflichen Ressourcen und Recycling erreicht werden.

  • Laufende Forschungsprojekte

Ausgangssituation:

Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz wird seit über 20 Jahren die Energiewende zur Reduzierung  umweltschädlicher fossiler  Energieressourcen gefördert. Die tragende Rolle spielt dabei die Windenergie mit einer jährlich wachsenden Anzahl an Windrädern. Der Trend hin zu immer größeren Windrädern und Rotorblättern führt zu einer erheblichen Zunahme der Matetrial- bzw. Rohstoffmassen für den Bau der Anlagen. Nach einer durchschnittlichen Nutzungsdauer von 20 Jahren ist nach aktuellem Stand die Frage des Recyclings und geschlossener Materialkreisläufe noch unzureichend geklärt. Abgebaute Windräder werden überwiegend thermisch verwertet, deponiert (USA) oder finden vereinzelt auch sekundäre Nutzung in Möbeln oder Kunstwerken.

Das Projekt:

Mit Hilfe der Pyrolyse ist es möglich das Harz-Faser-System zu trennen und neue Rohstoffe aus dem Harz zu gewinnen. Die Fasern können wiederum für neue Windkrafträder eingesetzt werden. Herausforderung hierbei ist die Natur des Harzes, welches oft aus Duroplasten besteht und somit eine Verarbeitung erschwert. Außerdem muss eine gewisse Faserreinheit erreicht werden, damit diese wieder neu gesponnen werden können.

Ziele:

Das übergeordnete Projektziel eines geschlossenen Materialkreislaufes beinhaltet die Entwicklung eines neuen und innovativen Rotorblattdesigns. Maßgebend ist dabei die Berücksichtigung des Recyclings schon in der Auslegung des Rotorblattes (Design 4 Recycling). Dieses soll nach Möglichkeit nur mit Carbonfasern zur Verstärkung sortenrein aufgebaut werden. Neben den sehr hohen spezifischen Eigenschaften ist hiermit bereits heute ein wirtschaftliches Recycling durch Pyrolyse möglich. In diesem Zusammenhang soll über eine Weiterentwicklung des Recyclingverfahrens eine Verbesserung der Rohstoffnutzung erreicht werden. Bei der Faser-Matrix-Separation soll neben den Carbonfasern auch die Matrix als Pyrolyseöle aufgefangen werden. Hierfür entwickelt AES ein neues Infeedmodul und optimiert die Ausbeute und Qualität der Pyrolyseprodukte. Aus diesen Recyclingprodukten sollen abschließend neue Faser- bzw. Matrix-Halbzeuge für die automatisierte Rotorblattproduktion gebildet werden. Der entscheidende Vorteil liegt somit im
geschlossenen Materialkreislauf über den gesamten Produktlebenszyklus.

Projektziele:

In diesem Vorhaben soll komplexe Sensorik, wie in-line Gaschromatographie und Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie in die Anlage eingebaut werden und die erhaltenen Messdaten durch Hardware- und Softwareentwicklung in die intelligente Prozesssteuerung implementiert werden. Hierfür ist eine umfassende Anpassung der Hardwareschnittstellen und Serversoftware notwendig, um die gewonnene Daten als Regel- oder Steuergröße zu verwenden. Durch die Einbindung der Sensorik soll der Ausschuss von Rezyklat durch Überschreitung von Grenzwerten reduziert werden und die Ölausbeute durch bessere Regelung der Temperatur anhand der zur Verfügung gestellten Messdaten erhöht werden. Außerdem soll die eingebrachte Wärme durch Regelung der Beschickung optimal im Pyrolyseprozess genutzt werden. Insgesamt kommt es so zu einer Effizienzsteigerung der chemischen Recyclinganlagen von AES. Dadurch ist es möglich mit einer Anlage, die 300 t/a durchsetzt jährlich 32,7 t CO2 Emissionen einzusparen.