Entwicklung einer digitalen Rohstoffplattform mit Aufbereitungszentrum zur nachhaltigen stofflichen Verwendung bisher nicht nutzbarer Sekundärfaserquellen
Projektdurchführung
TBP Future GmbH
Fischerstr. 6 A
85368 Moosburg
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Produkte aus nachwachsenden und umweltkompatiblen Rohstoffen sowie deren stoffliche Mehrfachnutzung und nachhaltige Recyclingkonzepte sind wichtige Eckpfeiler auf unserem Weg zur Bioökonomie und zu mehr Klimaschutz. Mit dem Biopolymer Cellulose steht uns eine Naturfaser zur Verfügung, welche diesen Anforderungen in besonderem Maße gerecht wird. Allerdings gibt es heute schon zahlreiche Celluloseprodukte, die mit Hilfe der klassischen Nassprozesse nicht aufbereitet und damit auch nicht stofflich weitergenutzt werden können. Um derartige Produkte ebenfalls im Recyclingprozess nutzen zu können, braucht es moderne, innovative Aufbereitungsprozesse, deren technologische Grundlagen in der Phase I entwickelt wurden. In Phase II soll die Entwicklung einer digitalen Rohstoffplattform stattfinden, welche die bisher nicht nutzbaren Rohstoffquellen erfasst, analysiert und anforderungs- und einsatzgerecht der stofflichen Wiederverwertung zuführt.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEin zentraler Arbeitsschritt ist die Optimierung und Weiterentwicklung des Aufbereitungsprozesses, um einen wirtschaftlichen Betrieb sicherzustellen. Dafür ist es essenziell, die Anlage am optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. Nur so kann der spezifische Energiebedarf auf ein Minimum reduziert und ein sowohl betriebswirtschaftlich sinnvoller als auch energieeffizienter Einsatz gewährleistet werden. Hierzu muss die Anlage mit einem konstanten Durchsatz betrieben werden, der dem maximal benötigten Bedarf entspricht. Dabei haben sich die Vorzerkleinerung und die Dosierung als kritische Teilprozesse herausgestellt, die derzeit noch nicht optimal funktionieren und eine Weiterentwicklung erfordern. Um den Prozess wirtschaftlich betreiben zu können, ist es zudem notwendig, die Automatisierung und Überwachung des Prozesses weiter zu verbessern. Darüber hinaus müssen die System- und Leistungsgrenzen des Trockenaufbereitungsprozesses ermittelt werden, die maßgeblich von der Effizienz der Dosiervorrichtung abhängen.
Zunächst erfolgt eine Analyse der Anforderungen sowie der Ist-Situation, begleitet von der Schaffung einer notwendigen Datenbasis und der Entwicklung entsprechender Verarbeitungsalgorithmen. Im Vorfeld müssen potenzielle Faserquellen identifiziert, systematisiert und charakterisiert werden, um eine möglichst umfassende Erfassung sicherzustellen. Auf dieser Grundlage wird eine Rohstoffplattform entwickelt, die Anfallquellen schwer zerfaserbarer Produkte von Erzeugern, Verarbeitern, Verbrauchern und Entsorgern identifizieren, erfassen und charakterisieren kann. Ziel ist es, die Aufbereitungs- und Wiedereinsatzmöglichkeiten dieser Produkte zu analysieren, deren Aufbereitung zu organisieren und eine erneute stoffliche Verwertung zu ermöglichen. Die Rohstoffplattform wird dynamisch gestaltet und allgemein zugänglich sein, um eine breite Nutzbarkeit sicherzustellen.
Im abschließenden Arbeitsschritt wird ein System zur Erfassung, Bewertung und Verwertung schwer zerfaserbarer Produkte entwickelt, das eine nachhaltige stoffliche Nutzung in Re- und Upcyclingprozessen ermöglicht. Dabei erfolgt eine Klassifizierung und Zuordnung der Materialien basierend auf den spezifischen Anforderungen des Aufbereitungsprozesses, wie den Zerfaserungsbedingungen, relevanten Parametern und gegebenenfalls der Art nachgeschalteter Sortierprozesse. Gleichzeitig wird das resultierende Eigenschaftsspektrum und die Qualität des Faserstoffs analysiert, um geeignete Anwendungsbereiche und Einsatzmöglichkeiten für die aufbereiteten Fasern zu identifizieren. Alle relevanten Daten werden in einer zentralen Rohstoffplattform zusammengeführt, die für alle Teilnehmer leicht zugänglich ist und eine effiziente Nutzung der Informationen gewährleistet.
Ergebnisse und Diskussion
Um die noch vorherrschenden Defizite im Hinblick auf die Sicherstellung eines wirtschaftlichen Betriebs zu beheben, stand in der Phase II zunächst die Optimierung des Aufbereitungsprozesses im Mittelpunkt. Der Fokus lag dabei zunächst auf der Entwicklung einer speziellen Dosiervorrichtung, um eine kontinuierliche Beschickung des Prozesses zu realisieren. Darüber hinaus war es zur Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit erforderlich ein Upscalling auf eine größere Zerfaserungsanlage mit einer Kapazität von bis zu 1,6 t/h durchzuführen. Neben dem Upscaling der Zerfaserungsanlage und der Entwicklung einer Dosiervorrichtung wurde ferner damit begonnen den Aufbereitungsprozess punktuell weiterzuentwickeln. Im Fokus der Arbeiten stand dabei eine optimierte Produktabscheidung sowie die Implementierung von geeigneten Sortierprozesse zur Abtrennung von Störstoffen. Nicht zuletzt musste die Prozesskette im Hinblick auf die erforderlichen Brandschutz- und Sicherheitsmaßnahmen erweitert werden. Insbesondere durch die Gefahr von Funkenflug durch Metalle müssen für einen sicheren Betrieb einer Trockenzerfaserungsanlage sowohl Maßnahmen zur Metallabscheidung als auch Maßnahmen zur Erkennung und Löschung von Funken umgesetzt werden. Am Ende stellte die Konzeptionierung einer Automatisierung der Prozesskette einen Schwerpunkt der Optimierung der Aufbereitungskette dar.
Als Vorbereitung für den Testbetrieb der Rohstoffplattform wurden potenzielle Faserquellen eruiert und eine physische Datenbank aufgebaut, sodass kleine Mustermengen an potenzielle Kunden verschickt und von diesen im Labor bewertet werden konnten. Um im Bedarfsfall Großmengen herstellen zu können, wurde ferner ein temporäres Aufbereitungszentrum errichtet, um die erforderliche Hardware zur Simulation des Plattformbetriebs zur Verfügung zu stellen. Im Rahmen dieses Testbetriebs konnten über 50 t Trockenfasern hergestellt und in Papiermaschinenversuchen eingesetzt werden. Damit konnte die technische Umsetzbarkeit und die Wirtschaftlichkeit eines Aufbereitungszentrums hinreichend validiert werden. Außerdem konnte der Nachweis erbracht werden, dass mit jeder aufbereiteten Tonne Trockenfasern ein signifikanter Beitrag zur CO2-Einsparung und Ressourcenschonung geleistet wird, insbesondere, wenn dadurch Primärfasern substituiert werden. Nicht zuletzt hat sich im Projektverlauf herausgestellt, dass das angenommene Faserpotenzial noch weitaus höher ausfällt, als im Antrag skizziert. Hervorzuheben sind hier Naturfasern aus Pflanzenresten sowie Fasern aus gebrauchten Gipskartonplatten, die durch das Trockenaufbereitungsverfahren mit kombinierter Sortierung zurückgewonnen werden können.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit wurde ein Info-Flyer über die TBP-Future und ihre Trockenzerfaserungstechnologie erstellt, um auf Messen und anderen öffentlichen Veranstaltungen potenzielle Kunden zu gewinnen. Zur Öffentlichkeitsarbeit sind außerdem die zahlreichen Technikumsversuche und Referenzbesuche an unseren Mobilen Zerfaserungsanlagen zu nennen. Damit hat jeder Interessent die Möglichkeit sich von den Vorteilen und den Möglichkeiten unserer Technologien zu überzeugen.
Neben erfolgten Veröffentlichungen in der Form von Vorträgen beim Baden-Württemberg-Kongress 2024 im Rahmen des DBU-Forums zum Thema Circular Economy, sowie beim PMAK-Fachausschuss der Zellcheming, sind nach Projektabschluss weitere Präsentationen und Veröffentlichungen geplant. Hervorzuheben ist hier ein geplanter Vortrag auf dem IMPS in München. Dazu kommt die Öffentlichkeitsarbeit bei ausstehenden Fachkongressen und Tagungen wie der APV-Tagung in Leipzig, der IFAT in München oder der Zellcheming in Wiessbaden. Darüber hinaus sind auch vom Projektpartner Veröffentlichungen in der Entsorgungsbranche geplant.
Fazit
Durch eine erfolgreiche Optimierung der Gesamtprozesskette und dem temporären Testbetrieb eines Aufbereitungszentrums konnten in der Phase II die technologische Umsetzbarkeit sowie die wirtschaftliche Tragfähigkeit des angestrebten Geschäftsmodells der Rohstoffplattform validiert werden. Darüber hinaus konnte auch eine digitale Rohstoffplattform in Form einer Website (fiber-rec.com) umgesetzt werden. Damit konnten alle wesentlichen Projektziele sowie die wichtigsten Meilensteine erreicht werden. Durch das Zusammenspiel der Rohstoffplattform mit einem dazugehörigem Aufbereitungszentrum wird das vorherrschende Erfassungs- und Aufbereitungsdefizit behoben und eine umfangreiche stoffliche Nutzung der bisher nicht nutzbaren Sekundärfaserquellen ermöglicht. Dafür bedarf es jedoch mehrerer Aufbereitungszentren.