Recycling-Handbuch: Strategien — Technologien — Produkte

540 Pages·1996·17.03 MB·German

by  Werner Nickel, Günter Fleischer (auth.), Dr.-Ing. Werner Nickel (eds.)

Werner Nickel-Recyc1ing-Handbuch
RECYCLING-HANDBUCH
Strategien - Technologien - Produkte
Herausgeber: Dr.-Ing. Werner Nickel
VDlVERLAG
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Recycling-Handbuch : Strategien - Technologie - Produkte /
Hrsg.: Werner Nickel. - Dusseldorf: VOl-Verlag, 1996
ISBN-13: 978-3-642-95769-7 e-ISBN-13: 978-3-642-95768-0
DOl: 10.1007/978-3-642-95768-0
NE: Nickel, Werner [Hrsg.]
© VOl Verlag GmbH, Dusseldorf 1996
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1996
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Herstellung: PRODUserv, Berlin
Satz: Fotosatz-Service Kohler OHG, Wurzburg
Druck: Saladruck, Berlin
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Geleitwort
PETER-JORG KUHNEL
Der technische Ingenius des Menschen hat von allem Anfang an zum Ziel gehabt, das Leben
auf diesem Planeten zunachst ertraglich, dann leichter und schlie8lich zunehmend kom
fortabler zu machen. Die Arbeit der Ingenieure und Handwerker hat schicksalhaft niitzliche
wie zerstOrerische Ergebnisse hervorgebracht. Bis in die Mitte des vorigen Jahrhunderts
haben dabei die Menschen im Einklang mit den Ressourcen der Erde und der Regenerations
fahigkeit der Natur gewirtschaftet.
Ais Ergebnis der Erfolge einer anderen Disziplin, der auch durch Ingenieurwissen unter
stiitzten medizinischen Wissenschaft, hat sich in den letzten 150 Jahren die Lebenserwartung
des einzelnen Individuums auBerordentlich erhoht. Das Ergebnis ist eine Bevolkerungs
explosion ungeahnten AusmaBes. Der dadurch erzeugte Druck auf die Ressourcen und
Regenerationsmoglichkeiten der Natur hat das Gleichgewicht zwischen beiden entscheidend
gestort. Der Menschheit als Lebensgemeinschaft auf der Erde ist es nicht gelungen, ihren
Lebensstil und ihre Bediirfnisse den Moglichkeiten ihrer Umgebung anzupassen. Es wird
zunehmend bewuBter erlebt, daB die Nutzung der endlichen Natur an Grenzen st08t.
Bedenklicher noch, keine der Disziplinen, die globusumspannend diese Zusammenhange zu
erforschen versuchen, hat bisher eine schliissige Antwort, welche Aufnahmefahigkeit und
Regenerationsfahigkeit diese Erde hat. Das Votum schwankt zwischen den Pessimisten, die
die Schwelle, nach der keine Riickkehr mehr moglich ist, schon iiberschritten sehen und den
Optimisten, die meinen, wirkliche MaBnahmen ins nachste Jahrtausend "unserer" kleinen
menschlichen Zeitrechnung, verschieben zu konnen. Nicht Sachlichkeit bestimmt die Dis
kussion, sondem es wird, getragen von Gruppenegoismus und Opportunitat, mit unverant
wortlichem Risiko gespielt.
Parallel zu diesen Grundstrukturen menschlichen Zusammenlebens erleben wir eine funda
mentale Verstandnis-und Akzeptanzkrise der Technik in wei ten Teilen der Bevolkerung, bei
gleichzeitig hemmungsloser Technikglaubigkeit anderer Kreise, die in pervertierter Lebens
betrachtung alles was machbar ist, auch realisieren wollen. Die Ursachen sind vielfiiltiger
gesellschaftlicher Natur.
Eine der Ursachen ist die oft beklagte Sprachlosigkeit der Ingenieure, die ihre Zwange, Ziele
und Losungsansatze fast ausschlieBlich in Fachpublikationen offentlich werden lassen. Zur
Verantwortung des Ingenieurs gehort aber mehr denn je die Diskussion mit der Offentlich
keit, urn das eigene Selbstverstandnis zu fOrdem, urn Kliirung der Bediirfnislage zu suchen
und, als wichtigstes, sich dann der Gesellschaft gegeniiber zu artikulieren. In dieser Diskus
sion haben besonders die Ingenieure als zugleich dienende und verantwortliche Glieder der
Gesellschaft viel anzubieten, vor aHem sachliche, nachpriifbare Informationen und bedarfs
orientierte Altemativlosungen. Hierin liegt ihre Starke. Das Ziel unserer Gesellschaft kann
nicht der Ausstieg aus der Technik sein, sondem deren Anpassung an die wirklichen Bediirf
nisse und Moglichkeiten in gemeinsamer Anstrengung, urn den engverzahnten Organismus
Erde funktionsfahig zu halten.
v
Die zunehmende Erkenntnis dieser kritischen Situation hat ein Umdenken eingeleitet, mit
dem Ziel, das Wirtschaften der menschlichen Gesellschaft den von der Natur vorgegebenen
GesetzmaBigkeiten anzupassen. Obwohl noch eine breite geseJlschaftliche und politische
Willensbildung fehlt, wird das Denken und Arbeiten in KreisIaufen als einzige adaquate
zukunftsvertragliche Strategie zunehmend angenommen. Die technischen Wissenschaften
haben sich dieser Aufgabe bereits gestellt.
In diesem Sinne ist die umfassende Gesamtdarstellung kreislaufwirtschaftlicher Zusammen
hange in dies em Buch ein wesentlicher Schritt. Es zeigt, welch breites Aufgabenspektrum
im Gesamtleben "Produktleben" - yom Rohmaterial bis zur Entsorgung - in enger inter
disziplinarer Abstimmung zu lOsen ist, urn eine Kreislaufwirtschaft in Gang zu setzen.
Besonders wertvoll ist die Hille und Breite der dargestellten Arbeitsergebnisse, die deutlich
machen, daB nur das Denken in einem solchen Gesamtzusammenhang zielfiihrend ist. Die
dargestellten Losungen und Losungsansatze versetzen den anwendenden Ingenieur in die
Lage, Produkte und deren Lebensweg zukunftsvertraglich zu gestalten. Daraus ergeben sich
natiirlich ganz neue Fragestellungen, die auf die Aufgaben lenken, die noch zu lOsen sind.
Der Ansatz, technische Produkte nicht mehr nur fUr den Gebrauch zu optimieren, sondem sie
sowohl okonomisch, als auch gleichzeitig und gleichwertig okologisch fUr ihren Gesamt
lebensweg zu gestalten, hat revolutionaren Charakter. Der Impuls, der durch diese neue
Betrachtungsweise auf aile Bereiche der Technik ausgehen wird, kann nicht hoch genug
geschatzt werden.
VI
Inhalt
1 Einfiihrung . . . . . . . .
1.1 Produkt-Lebenszyk1us ... 1
1.1.1 Ganzheitliche Betrachtung 1
1.1.2 Untemehmensphi1osophien zum Produktrecycling 3
1.2 Begriffbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Recyclingstrategien . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.1 Recycling a1s Teil integrierten Umweltschutzes 6
1.3.2 Losungsansatze ................ . 6
1.3.3 Voraussetzungen und Grenzen des Recyclings . 8
1.4 Wirtschaftsfaktor Recycling. 12
1.4.1 Recyclingmarkt 12
1.4.2 Recyclingkosten . . . . . . 14
2 Gesetze und Vorschriften 16
2.1 Deutsche Gesetzgebung zur Kreis1aufwirtschaft . 16
2.1.1 Das Kreis1aufwirtschaft-und Abfallgesetz . . . . 18
2.1.1.1 Erster Teil. Allgemeine Vorschriften . . . . . . . 18
2.1.1.2 Zweiter Teil. Grundsatze und Pflichten der Erzeuger und Besitzer
von Abfallen sowie der Entsorger. . 19
2.1.1.3 Dritter Teil. Produktverantwortung . . . . . . . 23
2.1.1.4 Vierter Teil. Planungsverantwortung . . . . . . 25
2.1.1.5 Weitere Teile des Kreislaufwirtschaftsgesetzes 25
2.2 Verordnungsentwiirfe . . . . . . . . . . . . 26
2.2.1 Entwurf der Elektronikschrott- Verordnung 26
2.2.2 Entwurf der Altauto-Verordnung . 28
2.2.3 Entwurf der Batterie-Verordnung . 28
2.3 Intemationale Gesetzgebung 29
2.3.1 Europaische Union. 29
2.3.2 Europaische Lander 29
2.3.2.1 Danemark ... 29
2.3.2.2 Frankreich . . . 29
2.3.2.3 GroBbritannien . 29
2.3.2.4 Niederlande 29
2.3.2.5 Osterreich 30
2.3.2.6 Schweden .. 30
2.3.2.7 Schweiz ... 30
2.3.3 Gesetzgebung in den USA 30
2.3.4 Gesetzgebung in Japan 30
2.4 Zusammenfassung . . . . . 31
VII
3 Recyclinggerechtes Gestalten .................. 32
3.1 Recyc1ingorientierte Produktgestaltung als integraler Bestandteil
eines Entwicklungs-und Konstruktionsprozesses . . . . . . . . . 32
3.1.1 Arbeits-und Entscheidungsschritte beim methodischen Entwicklungs-
und KonsruktionsprozeB unter Beachtung von Recyc1inggesichtspunkten . 33
3.1.2 Generelle Anforderungen an technische Produkte
mit Integration des Recyc1ings . . . . . . . . . . . . 39
3.1.3 Generelle Gestaltungsregeln zum Produktrecyc1ing . 41
3.1.4 Generelle Gestaltungsregeln zum Materialrecyc1ing 45
3.1.5 Gestaltungsschwerpunkt Demontagefreundlichkeit/Verbindungstechnik 46
3.1.6 Arbeitsmittel fUr den Konstrukteur . . . . 56
3.2 Materialeinsatz. . . . . . . . . . . . . . . 80
3.2.1 Recyc1ingeignung als Auswahlkriterium . 80
3.2.2 Werkstoff-Kennzeichnung. . 84
3.2.3 Vermeiden von Schadstoffen 85
3.2.4 Typen-und Teilereduzierung 86
4 Recyclingprozesse ..... 88
4.1 Kennzeichnung der Abfalle . 90
4.1.1 Kennzeichnung der geometrischen Abmessungen und der Form
der StUcke bzw. Tei1chen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.1.2 Kennzeichnung der Verbindungs-und AufschluBverhiHtnisse 95
4.1.3 Bestimmung der Zusammensetzung . . . . . . . . . . . . 98
4.1.4 Charakterisierung des Geflihrdungspotentials der Abfalle .. 99
4.2 Demontage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2.1 Demontage innerhalb der Verwertungskette-Aufgabe der Demontage 103
4.2.2 Produktbezogene Randbedingungen 105
4.2.2.1 Altautodemontage . . . . . . . . . 105
4.2.2.2 Demontage von Elektroaltgeriiten 108
4.2.3 Planung von Demontageanlagen 112
4.2.3.1 Analyse des Produktspektrums . . 113
4.2.3.2 Festlegung der Demontagetiefe . . 114
4.2.3.3 Planung und Auslegung des Demontagesystems 115
4.3 Zerkleinerung ................... 119
4.3.1 Grundlagen der Zerkleinerung . . . . . . . . . . 120
4.3.2 Zerkleinerungsmaschinen filr Stoffe mit Sprodbruchverhalten 128
4.3.3 Zerkleinerungsmaschinen fUr Stoffe mit Zlihbruchverhalten 133
4.4 Siebklassierung .......... 144
4.5 Mechanische Sortierprozesse . . . 154
4.5.1 EinzelstUcksortierung (Klaubung) 155
4.5.1.1 Handklaubung . . . . . . . . . . . 156
4.5.1.2 Automatische Klaubung . . . . . . 160
4.5.2 Sortierung von Teilchen-und Stiickkollektiven (Massenstromsortierung) . 168
4.5.2.1 Dichtesortierung . 170
4.5.2.2 Magnetscheidung . . . 191
4.5.2.3 Elektrosortierung ... 198
4.5.2.4 Wirbelstromsortierung . 204
4.5.2.5 Reibungssortierung . . 206
4.6 Physikalische und chemische Aufbereitungsverfahren filr Kunststoffe 208
4.6.1 Trenn-und Sortierverfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
VIII
4.6.1.1 Trennung nach Dichteunterschieden . . . . . . 208
4.6.1.2 Trennung nach elektrostatischen Eigenschaften 214
4.6.1.3 Trennung nach Loslichkeiten . . . . . . 214
4.6.1.4 Sortierung mittels Kunststofferkennung . . . . 224
4.6.2 Chemische Aufbereitungsverfahren ..... . 230
4.6.2.1 Chemische Verfahren fUr sortenreine Kunststoffe 230
4.6.2.2 Thermische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . 235
4.6.2.3 Chemische Verwertung von gemischten Kunststoffen . 236
4.6.2.3.1 Aufbereitungsverfahren 237
4.6.2.3.2 Konversionsverfahren . . . . . . . . . 244
5 Verwertungsverfahren und Deponie . 249
5.1 Thermische Behandlung von Restmiill - Bine schematische Ubersicht 249
5.1.1 Einleitung ....................... . 249
5.1.2 Thermische Verfahren zur Behandlung von Restmiill . 249
5.1.2.1 Thermischer Anlagenteil ....... . 251
5.1.2.2 Aufbereitungsschritte in den Verfahren . 252
5.1.2.3 Nutzung der entstehenden Gase ... 252
5.1.2.4 Feuer-und Feuerleistungsregelung . . . 253
5.1.2.5 Gasreinigung . . . . . . . . . . . . . . . 253
5.1.3 Qualitative Beschreibung der Rest-und Wertstoffe 254
5.1.3.1 Rest-und Wertstoffe aus den thermischen Anlagenteilen . 254
5.1.3.2 Rest-und Wertstoffe aus der Gas-und ggf. Abwasserreinigung 254
5.1.4 Leistungsbereiche und Kosten der Verfahren 255
5.1.4.1 Leistungsbereiche . . . . . . . . . 255
5.1.4.2 Kosten .............. . 255
5.1.5 Entwicklungsstand der Verfahren . 256
5.1.6 Zusammenfassung . 256
5.2 Kompostierung ....... . 257
5.2.1 Einleitung .......... . 257
5.2.2 Grundziige der Kompostierung 257
5.2.3 Technik der Kompostierung . 258
5.2.3.1 Inputstoffe . . . . . . . . 258
5.2.3.2 Verfahren ........ . 259
5.2.3.3 Aufbereitung der Abfalle 259
5.2.3.4 Rotte .......... . 259
5.2.3.5 Fraktionierung . . . . . . 259
5.2.4 Umweltauswirkungen der Kompostierung . 261
5.2.5 Kompostqualitat und -vermarktung . 261
5.2.5.1 Wirkung von Komposten 261
5.2.5.2 Kompostqualitat 263
5.2.5.3 Vermarktung 263
5.2.6 Ausblick . 264
5.3 Deponie ... 264
5.3.1 Einleitung . 264
5.3.2 Einteilung der Deponiearten 264
5.3.3 Technische Anforderungen an oberirdische Deponien 265
5.3.3.1 Anforderungen an den Untergrund 265
5.3.3.2 Basisabdichtung . . . 265
5.3.3.3 Sickerwasserfassung. . . . . . . . 266
IX
5.3.3.4 Schachtbauwerke ..... 266
5.3.3.5 Oberflachenabdichtung . . 267
5.3.3.6 Oberflachenentwasserung . 268
5.3.3.7 Rekultivierung 268
5.3.3.8 Entgasung ...... . 268
5.3.3.9 Nebenanlagen ... . 268
5.3.3.10 Kontrolleinrichtungen 268
5.3.4 SchluBbemerkung 269
6 WerkstoiTrecycling 270
6.1 Metalle ..... 270
6.1.1 Stahl und Eisen. . . 270
6.1.1.1 Allgemeines . . . . 270
6.1.1.2 Einschme1zen von Stahlschrott, Stahlerzeugungsverfahren . 270
6.1.1.2.1 Friihere Stahlerzeugungsverfahren und Einsatz
von Stahlschrott . . . . . . . . 270
6.1.1.2.2 Sauerstoftblasstahlerzeugung . 272
6.1.1.2.3 Elektrostahlerzeugung . . . . 272
6.1.1.3 Schrottsorten nach Herkunft 273
6.1.1.3.1 Rticklaufschrott 273
6.1.1.3.2 Neuschrott ......... . 274
6.1.1.3.3 Altschrott . . . . . . . . . . . 274
6.1.1.4 Anforderungen an den Stahlschrott, Schrottsortenliste 274
6.1.1.4.1 Sttlckigkeit . . . . . . . . . . . . . 274
6.1.1.4.2 Sortierung nach Werkstoffgruppen . . . . . . . 275
6.1.1.4.3 Besondere Anforderungen .......... . 276
6.1.1.4.4 Besondere Bedingungen fUr Schrottlieferungen 276
6.1.1.5 Besondere Schrottsorten . 276
6.1.1.5.1 Automobilschrott .......... . 277
6.1.1.5.2 Verpackungsschrott . . . . . . . . . . 279
6.1.1.5.3 Oberflachenbeschichteter Stahlschrott 279
6.1.1.5.4 Schrottaufbereitung und Reinigung. . 280
6.1.1.6 Schrottversorgung . . . . . . . . . . . 280
6.1.1.6.1 Erfassung von Stahlschrott durch die Recycling-Wirtschaft. 280
6.1.1.6.2 Qualitatssicherung bei der Schrottversorgung 282
6.1.1.6.3 Stahlschrottaufkommen und Verbrauch . 282
6.1.1.6.4 Schrottverbrauch und Schrottbedarf 283
6.1.1.6.5 Welthandel mit Stahlschrott . 284
6.1.1.7 Ausblick ....... . 285
6.1.2 Recycling von Kupfer . . . . 286
6.1.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . 286
6.1.2.2 Schrottarten und deren Verarbeitung 288
6.1.2.2.1 Schrottbewertung 290
6.1.2.2.2 Kabelschrott . . . . 290
6.1.2.2.3 Altkupfer ..... . 290
6.1.2.2.4 Legierungsschrotte . 291
6.1.2.2.5 Oxidische und feinteilige Sekundarmaterialien 292
6.1.2.2.5.1 Verarbeitung im Schachtofen 293
6.1.2.2.5.2 Verarbeitung im Elektroofen 294
6.1.2.2.6 Spezielle Schrotte . . . . . . 294
x
6.1.2.3 Integration von Recycling in eine Primarhtitte . 298
6.1.2.4 Herstellung von Kupfersalzen . 300
6.1.2.5 Perspektiven . . . . . . 300
6.1.3 Andere Schwermetalle . 301
6.1.3.1 Blei ..... 302
6.1.3.1.1 Allgemeines . . . . 302
6.1.3.1.2 Verwendung . . . . 303
6.1.3.1.3 Bleirecyclingstoffe . 304
6.1.3.1.4 Versand und Bewertung 305
6.1.3.1.5 Verarbeitungsverfahren ftir Bleirecyclingstoffe 306
6.1.3.1.6 QSL-Verfahren zur Gewinnung von Blei. . 306
6.1.3.1.7 Bleigewinnung aus Akkumulatorenschrott . 308
6.1.3.1.8 Ausblick .. 309
6.1.3.2 Zink ..... 310
6.1.3.2.1 Allgemeines 310
6.1.3.2.2 Verwendung 311
6.1.3.2.3 Kreislauf des Zinks 312
6.1.3.2.4 Die wichtigsten Zinkrecyclingwerkstoffe 315
6.1.3.2.5 Verarbeitungsverfahren flir Zinkrecyclingstoffe 319
6.1.3.2.5.1 Umschmelzzink und Zinklegierungen 319
6.1.3.2.5.2 Zinkstaub .. . 319
6.1.3.2.5.3 Zinkoxide ............... . 320
6.1.3.2.5.4 Walzverfahren . . . . . . . . . . . . . 320
6.1.3.2.5.5 Schachtofenverfahren zur gemeinsamen Gewinnung von Zink und Blei
(Imperial-Smelting -Verfahren) 320
6.1.3.2.6 Ausblick ........ . 324
6.1.3.3 Sonstige Schwermetalle . 325
6.1.3.3.1 Allgemeines 325
6.1.3.3.2 Antimon . 325
6.1.3.3.3 Arsen .... 326
6.1.3.3.4 Kadmium .. 327
6.1.3.3.5 Quecksilber . 329
6.1.3.3.6 Zinn ..... 330
6.1.3.3.7 Edelmetalle . 331
6.1.3.3.8 Sondermetalle 333
6.1.4 Aluminium 334
6.1.4.1 Einflihrung .. 334
6.1.4.2 Rohstoffe ... 335
6.1.4.3 Verfahrenstechniken . 336
6.1.4.3.1 Aufbereitung . . . . . 336
6.1.4.3.2 Einschmelzen .... 337
6.1.4.3.3 Schmelzereinigen und Legieren . 338
6.1.4.4 Ausblick ............ . 338
6.2 Kunststoffe . . . . . . . . . . . . 339
6.2.1 Verwertung von Verarbeitungsabfallen . 339
6.2.1.1 Innerbetriebliche Wiederverwertung . . 340
6.2.1.2 Exteme Verwertung . . . . . . . . . . . 340
6.2.1.3 Werkstoffliche Verwertung von CD-Verarbeitungsabfallen . 340
6.2.2 Werkstoffliche Verwertung von Gebrauchsabfallen 342
6.2.2.1 Gebrauchsabfalle aus der Verpackungsindustrie . . . . . . . 343
XI