Koordinator
Kai Schlögel (RWTH Aachen / Teer)
Laufzeit
01.05.2020 - 31.10.2023
Projektpartner
RWTH Aachen - Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe (TEER)
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Projektbeirat
Aurubis AG
Carbon-Werke Weißgerber GmbH & Co. KG
C-CON CPP
Cotesa GmbH
CTG Chemisch-Technische Gesellschaft mbH
DK Recycling und Roheisen GmbH
DRT Deutsche Rohstofftechnik GmbH
ELG Carbon Fibre Ltd.
FerroDuo GmbH
Georgsmarienhütte GmbH
Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH
Max Aicher Umwelt GmbH
Neowa GmbH
SGL Carbon GmbH
Teijin Carbon Europe GmbH
Thoenes Dichtungstechnik GmbH
Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung
FEhS – Institut für Bautoff-Forschung e. V.
Verband der Bayerischen Entsorgungsunternehmen
Berufsgenossenschaft Holz und Metall
Stofflich-energetische Verwertung von carbonfaserhaltigen Abfällen in der Pyrometallurgie
Der Einsatz carbonfaserverstärkter Kunststoffe (CFK) hat in den letzten Jahren stetig zugenommen, womit auch ein Anstieg carbonfaserhaltiger Abfälle einhergeht. Durch eine Behandlung von CFK-Abfällen mittels Pyrolyse können Carbonfasern (CF) freigelegt und recycelt werden. Aus verschiedenen Gründen ist der Einsatz von Rezyklatfasern jedoch aktuell auf wenige sortenreine Faserreste beschränkt. Darüber hinaus werden, z.B. durch die prozessbedingte Verkürzung von einzelnen Fasern, immer auch CF-haltige Reststoffe entstehen, die technisch sowie ökonomisch nicht rezyklierbar sind.
Für die Verwertung dieser Reststoffe kommen thermische Verfahren grundsätzlich in Frage. Aktuelle Untersuchungen zeigen jedoch, dass die Prozessbedingungen (Temperatur, Atmosphäre, Verweilzeit) in Siedlungs- und Sonderabfallverbrennungsanlagen für eine vollständige und sichere Umsetzung der Fasern nicht geeignet sind. Geeignete Bedingungen für einen vollständigen Umsatz von CF liegen hingegen in pyrometallurgischen Prozessen (z.B. der Stahlproduktion) vor.
Ziel des Projekts ist eine umfassende Technologiebewertung von pyrometallurgischen Verfahren hinsichtlich ihrer Eignung für die Verwertung CF-haltiger Reststoffe. Hierbei spielen für die praktische Umsetzung nicht nur die prinzipielle Umsetzbarkeit im thermischen Prozess, sondern hinsichtlich Ökologie und Arbeitssicherheit auch das Handling und die etwaige Emission von lungengängigen WHO-Fasern eine wesentliche Rolle. Durch Etablierung eines Verwertungspfads für CF-haltige Reststoffe in der Pyrometallurgie profitieren potentielle Stakeholder. CF-Hersteller und -Verarbeiter können auch nach einer möglichen Recyclingoption einen gesicherten Entsorgungsweg nachweisen. In der Pyrometallurgie können sich durch Substitution von Primärkohlenstoff durch Reststoffe relevante Einsparpotentiale ergeben. Da für den Einsatz der Abfälle in den Prozessen eine Vorkonditionierung notwendig sein wird, eröffnen sich neue Märkte für aufbereitende Unternehmen.
Abbildung: Abfälle bei der Herstellung und Nutzung von CFK
Die Autoren des jährlichen Marktberichts des Carbon Composites e. V. schätzen eine Bedarfsmenge von etwa 52.500 t CFK im Jahr 2018 für Westeuropa ab. Aus der konservativen Annahme, dass etwa 10 Ma.-% dieser Masse wiederum als Abfall anfallen, ergibt sich eine jährliche Menge an Produktionsabfällen von rund 10.000 t. Zusätzlich ist davon auszugehen, dass sich dieser Anteil in den kommenden Jahren erhöhen und damit die Menge des End-of-Life-Abfalls zunehmen wird.
Der Aufwand für eine Faserrückgewinnung im Rahmen eines Recyclings ist von der Qualität des Abfalls abhängig. Aktuell stellt sich die Situation so dar, dass trockene separat anfallende Carbonfaser Abfälle direkt weiterverarbeitet werden können. Für bereits mit Kunststoff verarbeitete Abfälle gibt es aktuell zwei Pyrolyseanlagen in Europa mit einer Kapazität von etwa 2.000 t/a, die auf Grund fehlender Absatzmärkte nur zum Teil ausgelastet sind. Es besteht daher aktuell ein Bedarf an Behandlungskapazitäten.
