Ziel des Vor­ha­bens ist die Nutz­bar­ma­chung von Bio­koh­len (auch Pflan­zen­koh­le oder Biochar) als CO₂-neu­tra­les Reduk­ti­ons­mit­tel in stem­pel­ge­press­ten Agglo­me­ra­ten aus metall­ur­gi­schen Rest­stof­fen und bio­ge­nen Bin­de­mit­teln. Hier­bei sol­len erst­ma­lig Rezep­tu­ren aus werks­in­ter­nen, fein­kör­ni­gen und Fe-rei­chen Rest­stof­fen und geeig­ne­ten bio­ge­nen Bin­de­mit­teln zur Her­stel­lung selbst­re­du­zie­ren­der Agglo­me­ra­te unter dem Ein­satz von Bio­koh­len ent­wi­ckelt und in den Schmelz­pro­zess einer Eisen­gie­ße­rei mit einem Heiß­wind­ku­pol­o­fen ein­ge­bracht werden.

Die Agglo­me­ra­te ermög­li­chen dabei die Erschlie­ßung CO₂-neu­tra­ler inter­ner Fe-Recy­cling­kreis­läu­fe für in der Stahl- und Eisen­in­dus­trie anfal­len­den Staub- und Schlamm­frak­tio­nen, wel­che auf­grund tech­ni­scher und wirt­schaft­li­cher Restrik­tio­nen aktu­ell noch depo­niert wer­den müs­sen. In die­sen Stoff­strö­men lie­gen oft­mals immense Men­gen an oxi­disch gebun­de­nem Fe vor, wel­ches poten­zi­ell zurück­ge­won­nen wer­den kann und somit den Ein­satz von Pri­mär­roh­stof­fen senkt. Dazu sol­len bis­her nicht genutz­te bio­ge­ne Rest­stof­fe pyro­ly­siert und die hier­durch ent­ste­hen­den Bio­koh­len als Reduk­ti­ons­mit­tel ver­wen­det wer­den. Neben den redu­zie­ren­den Eigen­schaf­ten der Bio­koh­le ste­hen auch die mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten wie z.B. Kalt- und Heiß­druck­fes­tig­kei­ten der erzeug­ten Agglo­me­ra­te im Fokus der Unter­su­chun­gen, da von die­sen Para­me­tern die Ofen­gän­gig­keit die­ser Agglo­me­ra­te abhän­gig ist. Im Vor­ha­ben sol­len die mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten über die Zuga­be von bio­ge­nen Bin­de­mit­teln und geeig­ne­ter Bio­koh­len ein­ge­stellt wer­den, sodass sich die Agglo­me­ra­te für den Ein­satz im Schmelz­pro­zess von Eisen­gie­ße­rei­en eig­nen.  Basie­rend auf den Ergeb­nis­sen wer­den ziel­ge­rich­tet Rezep­te erstellt sowie Agglo­me­ra­te zum wei­ter­ge­hen­den Nach­weis der Nutz­bar­keit in der Stahl- und Eisen­in­dus­trie her­ge­stellt. Die Nutz­bar­keit der viel­ver­spre­chends­ten Agglo­me­rat-Rezep­tu­ren wird im Rah­men des Pro­jek­tes sowohl im Labor- und Tech­ni­kums­maß­stab sowie in Ver­su­chen im Indus­trie­maß­stab durch den Ein­satz im Schmelz­be­trieb der Issel­guss Eisen­gie­ße­rei nach­ge­wie­sen. Wäh­rend der gesam­ten Pro­jekt­lauf­zeit wer­den kon­ti­nu­ier­lich Pro­zess- und Mate­ri­al­pa­ra­me­ter erho­ben, die eine detail­lier­te öko­lo­gi­sche und öko­no­mi­sche Bewer­tung ermöglichen.

Mit dem ent­wi­ckel­ten Ver­fah­ren las­sen sich wei­test­ge­hend kli­ma­neu­tra­le Sekun­där­roh­stof­fe zum werks­in­ter­nen Recy­cling von Fe-Trä­gern umset­zen. Wei­ter­hin wer­den in dem beschrie­be­nen Ver­fah­ren fast aus­schließ­lich nur Rest­stof­fe ein­ge­setzt, von denen der Groß­teil der­zeit wei­test­ge­hend unge­nutzt depo­niert oder nur ther­misch umge­setzt wird. Somit wird eine immense Ver­bes­se­rung bzgl. Kli­ma- und Umwelt­aspek­ten erreicht sowie maß­geb­lich ein Bei­trag zur Bio­öko­no­mie sowie zur Kreis­lauf­wirt­schaft durch ein erwei­ter­tes Stoff­strom­ma­nage­ment geleistet.

Ansatz und Arbeitsplan

• Cha­rak­te­ri­sie­rung von Rest­stof­fen und Reduk­ti­ons­mit­teln: Umfas­sen­de phy­si­ka­lisch-che­mi­sche Ana­ly­sen der Ziel­rest­stof­fe (Par­ti­kel­grö­ßen­ver­tei­lung, Mine­ra­lo­gie, Fe-Pha­sen, Ver­un­rei­ni­gun­gen) sowie der Kan­di­da­ten-Bio­mas­se/­Bio­koks (Pro­xi­ma­te-/Ul­ti­ma­te-Ana­ly­se, Poro­si­tät, Ober­flä­che, Asche­che­mie, Reaktivität).
• For­mu­lie­rung und Agglo­me­ra­ti­on: Ent­wick­lung von Rezep­tu­ren aus Rest­stof­fen, Bio­koks und optio­na­len Addi­ti­ven. Ver­gleich von Pres­sen, Pel­le­tie­ren und alter­na­ti­ven Agglo­me­ra­ti­ons­ver­fah­ren, um Grün­fes­tig­keit, Durch­satz und Ska­lier­bar­keit sicherzustellen.
• Leis­tungs- und Reduk­ti­ons­tests: Bestim­mung von Poro­si­tät, Kalt-/Heiß­druck­fes­tig­keit, Abrieb­fes­tig­keit und Ther­mo­schock-Bestän­dig­keit. Durch­füh­rung stan­dar­di­sier­ter Reduk­ti­ons­tests zur Ermitt­lung des Metal­li­sie­rungs­gra­des und der Reduk­ti­ons­ki­ne­tik; Bewer­tung des Selbst­re­duk­ti­ons­ver­hal­tens sowie der Hoch­tem­pe­ra­tur­sta­bi­li­tät im Labo­rofen zur Bestä­ti­gung der Ofentauglichkeit.
• Hoch­ska­lie­rung und Demons­tra­ti­on: Aus­wahl der viel­ver­spre­chends­ten Rezep­tu­ren für Pilot­ver­su­che, anschlie­ßend indus­trie­maß­stäb­li­che Erpro­bung zur Vali­die­rung der Betriebs­fä­hig­keit und Pro­zess­in­te­gra­ti­on unter rea­len Anlagenbedingungen.
• Daten und Bewer­tung: Lau­fen­de Erfas­sung von Pro­zess- und Mate­ri­al­da­ten zur Unter­stüt­zung einer tech­no-öko­no­mi­schen Bewer­tung und einer ISO-kon­for­men Lebens­zy­klus­ana­ly­se (LCA) der Kli­ma- und Res­sour­cen­ef­fek­te, mit Bench­mar­king gegen­über kon­ven­tio­nell koks- oder koh­le­ge­bun­de­nen Agglomeraten.

Pro­jekt-Schlüs­sel­wör­ter
Recy­cling eisen­hal­ti­ger Rest­stof­fe; Kalt­ge­bun­de­ne Agglo­me­ra­ti­on; Selbst­re­du­zie­ren­de Agglo­me­ra­te; Bio­mas­se-/Bio­koks-Reduk­ti­ons­mit­tel; Hin zu CO₂-neu­tra­len Schmelzprozessen