Forschungsprojekte des ThIWert

Das Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe (ThIWert) begleitet und unterstützt durch seine industriegetriebene Forschung den Wandel hin zur nachhaltigen Wertstoff- und Kreislaufwirtschaft. Gleichzeitig dient das ThIWert regionalen und überregionalen Unternehmen und Partnern als Ansprechpartner sowie Ideengeber, um neue und bestehende Wachstumspotentiale zu erschließen oder weiter auszubauen. Durch die beteiligten Kooperationspartner wird die gesamte Innovationskette von der Grundlagenforschung bis hin zur angewandten Forschung abgedeckt.

Laufende Forschungsprojekte

Mobilisierung der Biomassenutzung aus sekundären Rohstoffquellen in Thüringen (ThIWertBioMobil)

Das Vorhaben Mobilisierung der Biomassenutzung aus sekundären Rohstoffquellen in Thüringen – ThIWertBioMobil gliedert sich in vier Teilprojekte. Diese setzen sich mit der automatisierten Sortierung von Altholz, Folien und Störstoffe im Bioabfall, Karbonisierung von Abfällen und die Wirkung der Pyrolysekohle auseinander. Für die Wirtschaft im Freistaat Thüringen sind die genannten Teilprojekte von hohem Stellenwert und bieten in der Folge die Möglichkeit, weitere Forschungsprojekte zur generieren.

TP 1 | Automatisierte Sortierung von Abfallstoffen auf Holzbasis nach Altholzklassen
TP 2 | Entfernung von Folien und Störstoffen aus Bioabfall
TP 3 | Karbonisierung von Abfällen aus nachwachsenden Rohstoffen und Nutzung der entstehenden Pyrolysekohle
TP 4 | Wirkung der Pyrolysekohle mit dem Ziel der Kreislaufschließung

Neben der Hochschule Nordhausen mit dem Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe arbeitet die Bauhausuniversität Weimar mit dem Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme gemeinsam am Vorhaben.

Projekt-Nr. 2020 FGR 0047
Laufzeit: 01.01.2020 bis 31.12.2022

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Christian Borowski
Tel.: +49 (0) 3631 420-723
E-Mail: borowskihs-nordhausen.de

Projektleiterin:

Prof. Dr. Ariane Ruff
Tel.: +49 (0) 3631 420-334
E-Mail: ariane.ruffhs-nordhausen.de

Gefördert durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds.

Gipsrecycling als Chance für den Südharz

Das WIR!-Bündnis

Zurzeit werden etwa 55 Prozent der in der Industrie benötigten Gips-Mengen durch die Verwendung von Rauchgasentschwefelungsanlagengips (REA-Gips) gedeckt. Durch die Abkehr von fossilen Brennstoffen werden die verfügbaren Mengen an REA-Gips in Zukunft deutlich sinken. Dies muss durch den verstärkten Abbau von Naturgips kompensiert werden, sofern keine Alternativen gefunden werden. So ist das Bündnis bestrebt, ein Gesamtkonzept für das Recycling von calciumsulfathaltigen Stoffströmen zu erarbeiten.

Die Ziele

Im Rahmen der Energiewende wird die Verfügbarkeit von Gips aus der Rauchgasentschwefelung sinken. Eine Alternative findet sich in der Rückkehr zum verstärkten Abbau von Naturgips.

Um die Reduzierung der Verfügbarkeit  dieses wichtigen Rohstoffes teilweise zu kompensieren, hat sich das Bündnis zum Ziel gesetzt, vorhandene Potentiale im Innovationsfeld „Gipsrecycling“  in der Region Südharz zu heben und damit einen effektiven Beitrag zur Schonung von Naturgipsreserven zu leisten: Im Innovationsfeld „Gipsrecycling“ stehen die Sammlung und Rückführung von gipshaltigen Stoffströmen (sowohl Halden- als auch Abbruchmaterial), die individuelle Aufbereitung dieser calciumsulfathaltigen Stoffströme und die Generierung von Produkten auf Recyclinggips-Basis im Mittelpunkt. Es soll die Rückführungsquote von Gipsbaustoffen und deren Recyclingfähigkeit erhöht, die Recyclinggips-Qualität nach der Aufbereitung verbessert und die Vermarktung von Recyclinggips-Baustoffen gesteigert werden. Für eine langfristige Wirkung ist es zudem notwendig, dass ein intensiver Austausch mit der Gipsindustrie, Interessenvereinigungen der Region und Naturschutzorganisationen stattfindet.

Die Region

Die größten und bedeutendsten Sulfatlagerstätten in Deutschland gibt es im Südharzer Zechstein, der sich wie ein schmales Band auf maximal 7 km Breite und etwa 60 km Länge von Bad Lauterberg in Niedersachsen bis nach Sangerhausen in Sachsen-Anhalt erstreckt. Charakteristisch  sind hier Rohstoffe von grundsätzlich hoher Qualität – mit Reinheitsgraden größer als 90 Prozent Gipsgehalt – weshalb der Harz ein bevorzugtes Abbaugebiet für Gips ist.
Gerade Thüringen nimmt beim Gipsabbau eine bedeutende Rolle innerhalb Deutschlands ein. Insbesondere die Bauwirtschaft ist auf die Versorgung mit gipshaltigen Rohstoffen im hohen Maße angewiesen.
Die Hauptakteure des Projektes befinden sich innerhalb eines Radius von 30 km: die Firma CASEA GmbH mit Sitz in Ellrich und die Hochschule Nordhausen (HSN). Da die Bauhaus-Universität Weimar (BUW) bereits langjährige Erfahrung im Bereich der Baustoffforschung vorweist, wurde die Forschungskompetenz durch die Integration dieses nicht in der Region ansässigen Partners gestärkt. 

Die Partner

Als Koordinator des Bündnisses übernimmt die HSN die organisatorische, methodische und strategische Leitung des Projektes. Im Verbund mit der BUW und der Casea GmbH werden die Teilvorhaben „Rückführung“, „Aufbereitung“ und „Verwertung“ bearbeitet. Die BUW und die HSN verfügen über langjährige Erfahrung und starke Forschungskompetenz im Bereich der Aufbereitung und Baustoffforschung. Zudem ist das Lehrgebiet des Logistikmanagements der HSN ein kompetenter Ansprechpartner für die Rückführungsprozesse. Für die Verwertung stellt die Casea GmbH einen fachkundigen Partner dar, da sie bereits seit 2014 Recycling-Gips verarbeitet. Außerdem stellt die Casea GmbH einen Knotenpunkt zur gipsverarbeitenden Industrie dar, welches für eine wirtschaftliche Nachhaltigkeit unabdingbar ist.

Ansprechpartnerin:

Prof. Dr. Ariane Ruff
Tel.: +49 (0) 3631 420 334
E-Mail: ariane.ruffhs-nordhausen.de

Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über das Programm "WIR! - Wandel durch Innovation in der Region".

Gipsrecycling - Projekt I: Gewinnung von Gipsprodukten aus calciumsulfathaltigen Verarbeitungsrückständen der Kaliproduktion im Südharz-Unstrut-Revier (PolyGips)

Das Forschungsprojekt PolyGips zielt darauf ab, dass in dem Mineral Polyhalit enthaltene Calciumsulfat auf seine Verwendbarkeit als Industriegips zu untersuchen. Die Herausforderung liegt dabei im komplexen Aufbereitungsprozess, der nötig ist, um das Calciumsulfat zu gewinnen. Ziel des Projektes ist es, ein Calciumsulfat-Produkt zu generieren, welches letztlich in der Gipsindustrie verwendet werden kann und somit die bevorstehende REA-Gipslücke verkleinert. Dabei wird das Projekt in die folgenden Forschungsschwerpunkte unterteilt:

TP 1: Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Gips bei der Kaliproduktion
TP 2: Optimierung des Gipsgewinnungsprozesses zur Qualitätssteigerung
TP 3: Aufzeigen potenzieller Verwertungsmöglichkeiten
TP 4: Wirtschaftsbetrachtung
TP 5: Übertragbarkeit des Aufbereitungsschemas auf überregionale Lagerstätten

Das Forschungsvorhaben wird gemeinsam von der K-UTEC AG Salt Technologie aus Sondershausen sowie dem Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe der Hochschule Nordhausen bearbeitet. Als assoziierende Partner unterstützen die Firma Knauf Gips KG sowie der Bundesverband der Gipsindustrie e.V. das PolyGips-Projekt.

Förderkennzeichen: 03WIR0307A
Laufzeit: 11/2020 – 10/2023

Ansprechpartner:

Simon Ballüer, B.Eng.
Tel.: +49 (0) 3631 420-459
E-Mail: simon.ballueerhs-nordhausen.de

Projektleiterin:

Prof. Dr. Ariane Ruff
Tel.: +49 (0) 3631 420 334
E-Mail: ariane.ruffhs-nordhausen.de

Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über das Programm "WIR! - Wandel durch Innovation in der Region".

Gipsrecycling - Projekt II: Rückführung sulfathaltiger Stoffströme (RueGips)

Das Vorhaben „Rückführung sulfathaltiger Stoffströme“ wird von der Hochschule Nordhausen, dem gipsproduzierenden Unternehmen Saint-Gobain Formula GmbH aus Walkenried und dem regionalen Bauunternehmen Henning GmbH aus Urbach bearbeitet. Ziel des Projektes ist es, die Art und anfallende Menge bisher nicht bzw. nur in geringem Maße genutzter gipshaltigen Stoffströme zu erfassen. Diese Stoffströme können, neben gemischten Gipsabfällen aus dem Bausektor, Abfälle aus industriellen Prozessen sein, die bisher nicht verwertet, sondern deponiert werden. Die Stoffströme werden im Rahmen des Projektes umfassend untersucht und hinsichtlich ihrer technischen Recyclingfähigkeit sowie ihrer Verwertungsmöglichkeiten bewertet. Für ausgewählte Gipsabfälle werden Sammel- und Logistikkonzepte entwickelt und erprobt.

Fokus des Bauunternehmens Henning liegt insbesondere auf der Entwicklung mechanischer Verfahren zur Gewinnung von möglichst sortenreinen und recyclingfähigen Gipsabfällen auf Baustellen sowie deren Mengenerfassung. Ziel ist die Optimierung von Arbeitsabläufen und Techniken bei Bau-, Abriss- Modernisierungsarbeiten von Gebäuden sowie das Abschätzen von verfügbaren Gipsabfallmengen im Bausektor. Die Fa. Saint-Gobain Formula beschäftigt sich als gipsverarbeitendes Unternehmen im Rahmen des Vorhabens mit der Identifizierung von Gipsabfällen aus dem Bereich der Spezialgipse und der Charakterisierung von gipshaltigen Abfällen. Ein Kernpunkt ist die Erzeugung von Bindemitteln aus Recyclinggipsen mit mechanischen und thermischen Verfahren sowie deren werkstoffliche Untersuchung. Ziel des Teilvorhabens der Hochschule Nordhausen ist die Erarbeitung eines Sammel- und Logistikkonzepts auf Basis von Stoffstromanalysen und die modellhafte Umsetzung im Rahmen eines Praxistests. Umfangreiche praktische Aufbereitungsuntersuchungen mit verschiedenen gipshaltigen Abfällen werden im Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe (ThIWert) der Hochschule Nordhausen durchgeführt. Hier stehen diverse Aggregate zur Zerkleinerung, Klassierung und Sortierung im Labor- und halbtechnischen Maßstab zur Verfügung.

Als Praxispartner und Wissensträger im Bereich bereits bestehender Gipsrecyclingstrukturen steht dem Bündnis die Fa. MUEG Mitteldeutsche Umwelt- und Entsorgung GmbH zur Seite.

Förderkennzeichen: 03WIR0307A
Laufzeit: 02/2021 – 01/2024

Ansprechpartnerin:

Dipl.-Ing- (FH) Katrin Schmidt
Tel.: +49 (0) 3631 420 731
E-Mail: katrin.schmidths-nordhausen.de

Projektleiterin:

Prof. Dr. Ariane Ruff
Tel.: +49 (0) 3631 420 334
E-Mail: ariane.ruffhs-nordhausen.de

Gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über das Programm "WIR! - Wandel durch Innovation in der Region".

Entwicklung eines neuartigen biochemischen Verfahrens zur Sulphur-Separation aus Gasen - Teilvorhaben 1: Anlagenbetrieb und begleitende Optimierung

In Zusammenhang mit den derzeit steigenden Rohstoffpreisen und der zukünftigen Rohstoffmarktentwicklung hinsichtlich ressourcensparender Technologien wird die Biogasanlageneffizienz zum exponierten Wirtschaftsfaktor für Betreiber und Investoren. Somit müssen neue Wege zur Optimierung von Biogasanlagen gesucht werden. Dies betrifft neben der Optimierung der Verfahrenstechnik zur Gasproduktion vorrangig und insbesondere die Optimierung der Gasentschwefelung einschließlich umweltfreundlicher Filtermaterialien. Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens (BEKOM-Bio-Power) zur optimierten redundanten Abtrennung von Schwefelwasserstoff. Es sollen durch eine externe, die Eigenenergie des Gases nutzende, bio-biochemische Anlage laufende Betriebskosten und Betriebsausfallkosten bei Rohgas berührten Anlagenteilen und beim BHKW (Wartung, Ölwechsel) in mehrfacher Höhe eingespart werden. Durch die Verfahrensentwicklung soll eine nachhaltige, hochwertige und von Schwefelwasserstofffrachtschwankungen unabhängige stabile Biogasentschwefelung gesichert und somit einen deutlichen Beitrag zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von Biogasanlagen geleistet werden. Das Verfahren bildet folglich einen entscheidenden Baustein innerhalb des Maßnahmenkataloges zur Effizienzsteigerung von Biogasanlagen und der Akzeptanz in der Energiemixbranche als sicheren Energiespeicher und Flexpartner. Zugleich würde Biogas unter der Bevölkerung als ein sauberer und zukunftsorientierter Technologieträger mit natürlichem Kreislaufcharakter anerkannt werden. Somit wird das Verfahren auch direkt zur Stabilisierung der Wirtschaftlichkeit von Landwirtschaftsbetrieben beitragen.

Verbundpartner: BTN Biotechnologie Nordhausen GmbH, Teilvorhaben 2: Kultivierungsverfahren und analytische Begleitung | UGN – Umwelttechnik GmbH, Teilvorhaben 3: Technische Entwicklung

Laufzeit: 01.10.2019 bis 31.03.2022

Ansprechpartnerin:

Prof. Dr. Uta Breuer
Tel.: +49 (0) 3631 420 708
E-Mail: uta.breuerhs-nordhausen.de

Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR).

Entwicklung ressourcenorientierter Strategien für die Erfassung und das Recycling von Kunststoff-, Baustellen- u. Gewerbeabfällen (InnoRessourcen)

Kunststoffabfälle werden in zunehmendem Maße zu einem globalen Problem und bilden gleichzeitig eine urbane Rohstoffquelle. Baustellen- und Gewerbeabfälle stellen allein wegen ihrer heterogenen Zusammensetzung eine Herausforderung für die Wertstofftrennung dar. Alle drei Abfallarten fallen in sehr großen Mengen in Thüringen an. Im Projekt werden die Abfallaufkommen in Thüringen erfasst, systematisiert und Vorschläge und Technologien für verbesserte Verwertungsmöglichkeiten im Rahmen einer Forschergruppe erarbeitet.

Projekt-Nr. 2018 FGR 0083 – InnoRessourcen (ThIWert)
Laufzeit: 01.01.2019 bis 30.09.2021

Ansprechpartnerin:

Prof. Dr. Ariane Ruff
Tel.: +49 (0) 3631 420-334
E-Mail: ariane.ruffhs-nordhausen.de

Gefördert durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds.

Abgeschlossene Forschungsprojekte

Innovationsbasierte Steigerung der Wertstoffrückgewinnung (InnoWert)

Ressourcenknappheit und der Nachhaltigkeitsgedanke sind zentrale Themen für die wirtschaftliche sowie gesellschaftliche Entwicklung von Industrienationen. Deutschland besitzt große Rohstoffreserven im Bereich der Baustoffe. Deren Abbau geht jedoch häufig mit der Zerstörung von schützenswerten Naturräumen einher. Bei den für High-Tech Anwendungen benötigten Rohstoffen ist Deutschland hingegen auf den Import angewiesen. Das Vorhaben mit dem Titel „Innovationsbasierte Steigerung der Wertstoffrückgewinnung“ wird von der Hochschule Nordhausen unter Mithilfe des Instituts für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH bearbeitet und durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds gefördert. Es adressiert mit den Elektroaltgeräten (EAG) und Baustoffen zwei wichtige Arbeitsgebiete. Durch ein optimiertes Recycling von EAG wird die Importabhängigkeit von wirtschaftsstrategischen Metallen und der Ausstoß von klimarelevanten Gasen im Vergleich zur Herstellung aus Primärrohstoffen gemindert. Mit Hilfe des Baustoffrecyclings, in diesem Fall Gips und Mauerwerksbruch, sollen zusätzlich die in Deutschland vorhandenen Reserven geschont und die Umwelt vor der weiteren Zerstörung bewahrt werden.

Projekt-Nr. 2017 FGR 0059
Laufzeit: 01.01.2018 bis 31.12.2020

Ansprechpartnerin:

Prof. Dr. Ariane Ruff
Tel.: +49 (0) 3631 420-334
E-Mail: ariane.ruffhs-nordhausen.de

Gefördert durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds.

Entwicklung eines innovativen Multimetall-Separators zur Aufbereitung von Elektronik-Schrott aus dem Post-Consumer-Bereich

Der Einsatz von Magnetabscheidern ist in der Industrie ein gängiges Verfahren, um magnetisierbare Stoffe aus einem Massenstrom zu separieren. Hierbei erfolgt der Einsatz mit Elektromagneten, deren Magnetfeld mit Hilfe von Strom erzeugt wird. Im Bereich der Qualitätssicherung von Lebensmitteln finden Kassettenmagnete Anwendung, die über Permanentmagnete verfügen und direkt in den Stoffstrom eingebracht werden. Eine selektive Anpassung der Magnetfeldstärke ist für die meisten Anwendungsfälle nicht nötig. Dies führt nicht nur zu einem hohen Strom-/Magnetstabverbrauch, sondern kann den Abscheidegrad negativ beeinflussen.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen Magneten, der aus dem Elektronikschrott-Fallstrom magnetisierbare Materialien entnimmt, die auf abgestimmte magnetische Felder reagieren. Diese Reaktion kann sowohl auf magnetischen als auch induktiven Eigenschaften/Reaktionen beruhen. Die Entnahme soll über Dauermagnete erfolgen. Der Energieeinsatz wird mit Hilfe dieser Technik deutlich reduziert. Der Einsatz des innovativen Multimetall-Separators ist an verschiedenen Stellen vorgesehen:

  1. Nach dem Schredder: Damit möglichst früh die magnetischen von den unmagnetischen Bestandteilen getrennt werden können.
  2. Kupferanreicherung: Um ein verkaufsfähiges Kupfervorprodukt aus einem Recyclingprozess gewinnen zu können, müssen diese Vorprodukte einen Mindestanteil von 60 % Kupfer enthalten.
  3. Zur Anreicherung von Tantal: Tantal besitzt definierte magnetische Eigenschaften. Mit Hilfe angepasster Magnetfelder kann das Material separiert werden.
  4. Im Bereich des Li-Ionen-Batterierecyclings.

In dem vom BMWi geförderten ZIM-Projekt (bis 12/2020) soll weiterhin die optimale verfahrenstechnische Position des Multimetall-Separators in den betreffenden Produktions- und Recyclinganlagen ermittelt werden. Dazu sind Feldversuche mit unserem Projektpartener B&F Metallbautechnik im Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe und in Betrieben geplant.

Projektpartner: B&F Metallbautechnik GmbH (Wildeshausen)

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Christian Borowski
Tel.: +49 (0) 3631 420-723
E-Mail: borowskihs-nordhausen.de