Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz des Recyclings organik-kontaminierter Al-Schrotte
Forschungsstellen
RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
RWTH Aachen, Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling
Fricke & Mallah Microwave Technology GmbH
Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
Otto Junker GmbH
TRIMET Aluminium SE
WS-Wärmeprozesstechnik GmbH
LOI Thermproecess GmbH (assoziierter Partner)
Laufzeit
01.05.2019 — 30.04.2022
Zusammenfassung
Der Recycling-Prozess von Aluminium hat erhebliche energetische Vorteile gegenüber der Primärroute der Aluminiumerzeugung. Bis zu 95 % des Energieverbrauchs werden, bezogen auf die produzierte Menge Aluminium, durch den Recycling-Prozess eingespart. In Deutschland können bereits über 50 % der Jahresproduktion mit dem Recycling von Aluminiumschrotten gedeckt werden. Aluminiumschrotte fallen dabei häufig mit organischer Kontaminierung an. Stärker organik-kontaminierte Schrotte, wie z.B. Getränkedosen (UBC), bedruckte Folien für Verpackungen oder Aluminiumprofile mit Wärmedämmstoffen, können jedoch bisher nicht optimal recycelt werden.
Beim direkten Einsatz derartig kontaminierter Schrotte in die Schmelzöfen kommt es nach dem derzeitigen Stand der Technik zu einer unkontrollierten Freisetzung gasförmiger Kohlenwasserstoffe (Pyrolysegase) verbunden mit einer unzureichenden energetischen Nutzung dieses Gases im Schmelzprozess, sowie einem erhöhten Aluminiumabbrand. Im Kontakt mit der Schmelze werden durch das Pyrolysegas vermehrt Oxide als auch Carbide gebildet. Die Krätzebildung steigt merklich.
Hauptziel ist die Entkopplung des Recycling Prozesses in die „thermische Vorbehandlung“ und das „Schmelzen“. Der kontaminierte Aluminiumschrott soll zunächst von der Organik befreit werden, bevor er in den Schmelzprozess überführt wird. Die entstehenden Pyrolysegase sollen energetisch effizient genutzt werden und den Primärenergiebedarf senken. Im Zuge des Projekts sollen keine neuen Anlagen entwickelt werden. Bestehende Anlagen sollen lediglich in ihrer Prozessführung optimiert werden.
Pyrolyse- und Schmelzversuche werden an mehreren Ofentypen mit verschiedenen Beheizungsmethoden auf industriellem und Labormaßstab durchgeführt. Einflussfaktoren, wie bspw. Chargierung oder Rührung der Schmelze, werden dabei untersucht und die Anlagen bilanziert. Für die effizientere Nutzung der Pyrolysegase werden Verbrennungsversuche am Institut für Industrieofenbau durchgeführt. Pyrolysegase sind meist schwachkalorisch und haben, aufgrund des unbekannten Organikgehalts der zu recycelnden Aluminiumschrotte, eine zeitlich schwankende Zusammensetzung. Eine Regelungsstrategie wird entwickelt, welche die Pyrolysegase stabil und effizient verbrennt.
Letztlich soll eine optimierte Prozesskombination für den Recycling-Prozess zu Buche stehen, welche den Aluminiumaustrag maximiert und den Primärenergiebedarf, vor allem durch Substitution von Erdgas mit Pyrolysegas, minimiert.
Das Forschungsvorhaben mit dem Förderkennzeichen 03ET1671A wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.