Forschung

Kompetenzfelder des ThIWert

Unter dem Dach des Thüringer Innovationszentrums für Wertstoffe (ThIWert) werden die Kompetenzen der Hochschule Nordhausen, des Instituts für Angewandte Bauforschung gGmbH Weimar, der Bauhaus-Universität Weimar und ggf. weiterer Wissenschaftseinrichtungen auf dem Gebiet der Wertstoff- und Kreislaufwirtschaft zusammengeführt. Das ThIWert  ist an den konkreten Marktbedürfnissen der lokalen und überregionalen Wirtschaft ausgerichtet und bündelt die Forschung, die Produkt- wie auch Verfahrensentwicklung entsprechend den Anforderungen im Spezialisierungsfeld "Ressourceneffizienz". Des Weiteren werden die wissenschaftlichen Schwerpunkte der beteiligten Forschungs- und Projektpartner kontinuierlich weiterentwickelt.

Elektroaltgeräterecycling

Elektroaltgeräte enthalten wertvolle Metalle und andere Stoffe, die wiederverwendet werden können. Das schont Ressourcen und Umwelt. Wichtig ist hierbei die Sicherstellung einer kostenfreien flächendeckenden haushaltsnahen Erfassung von Elektroaltgeräten unter anderem durch einen Ausbau der Rückgabemöglichkeiten.

1,03 Millionen Tonnen Elektroaltgeräte werden im Durchschnitt jährlich nicht getrennt erfasst. Diese Menge geht somit dem nachgelagerten Recycling verloren (NABU-Studie 04-2019). Damit Verwerter mehr Elektroaltgeräte recyceln, muss die Erfassungsquote der Geräte verbessert werden.

Leider bringen Verbraucherinnen und Verbraucher viele Geräte nicht ordnungsgemäß zurück. Ursachen sind z.B. eingeschränkte Öffnungszeiten von Wertstoffhöfen und unklare Rücknahmemöglichkeiten. Insbesondere Elektrokleingeräte sind mülltonnengängig und landen leicht in der schwarzen Tonne. Hausmüllanalysen zeigen, dass jedes Jahr eine große Menge an Kleingeräten über den Restmüll entsorgt werden.

Bei der Behandlung und Verwertung von Elektroaltgeräten sind die Recyclingausbeuten für Metalle, wie Eisen, Kupfer und Aluminium sehr gut. Die Rückgewinnung von Edel- und Sondermetallen, insbesondere aus bestimmten Geräten der Informations- und Telekommunikationstechnik (IKT), ist dagegen noch deutlich ausbaubar.

Klarer Verbesserungsbedarf herrscht ebenso bei den großen Bildschirmgeräten. Sie werden beim Sammeln in großen Containern häufig beschädigt oder zerstört. Damit wird die weitere Verwertung erschwert und birgt die zusätzliche Gefahr von Schadstoffkontaminationen (beispielsweise durch Quecksilber aus der LCD-Hintergrund-Beleuchtung). In naher Zukunft wird auch das Entsorgen und Recyceln von Photovoltaikmodulen an Relevanz gewinnen. Die zu entsorgenden Mengen sind aufgrund der langen Lebensdauer der Module bislang noch sehr gering, werden im kommenden Jahrzehnt jedoch stark ansteigen. Hierfür müssen rechtzeitig ausreichende Kapazitäten beim Recycling geschaffen sowie ein geeignetes Erfassungssystem aufgebaut werden (UBA 07-2019).

Die Hochschule Nordhausen befasst sich seit vielen Jahren, in Kooperation mit den Stadtwerken Nordhausen und den Nordthüringer Werkstätten, mit der Erprobung bzw. Entwicklung von geeigneten Sammelsystemen. In diesem Rahmen wurde u.a. auch ein diebstahlsicherer Sammelcontainer entworfen. Des Weiteren beschäftigt sich die Hochschule Nordhausen mit dem Thema Li+-Batterien und deren sichere Entsorgung.

Kunststoffrecycling

Kunststoffrecyclate sind inzwischen zu einem festen Bestandteil im Kunststoffkreislauf geworden. Sie ergänzen als unabhängige Quelle die Kunststoffproduktion und zum anderen finden sie in der Kunststoffverarbeitung ihre Anwendung. Die größten Einsatzgebiete für Recyclate sind die Bereiche Bau, Verpackungen und Landwirtschaft.

Das Recycling von Kunststoffen ist jedoch nicht in jedem Fall einfach zu handhaben. Je sortenreiner Kunststoffe anfallen, desto leichter sind sie recycelbar. Doch das ist meist nicht so. Es findet sich ein buntes Sammelsurium von Kunststoff-Materialien. Dieser Material-Mix bereitet Recycling-Experten Kopfzerbrechen, denn eine sortenreine Trennung verschiedener Kunststoffe ist technologisch aufwendig. Erschwerend kommt hinzu, dass der Plastikmüll meist verschmutzt ist und häufig als Verbundmaterial vorliegt. Ein weiteres Problem findet sich in den verwendeten Zusatzstoffen, die den Kunststoffen zugemischt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen. Diese Additive sind mitunter unbekannt bzw. inzwischen nicht mehr zugelassen. So finden sich in Elektroaltgeräten oftmals Flammschutzmittel, deren Einsatz seit einiger Zeit verboten ist, die jedoch immer noch ihren Weg zum Recyclinghof finden.

Um Problemstellungen wie diese zu lösen hat die EU Anfang 2018 eine Strategie zum Umgang mit Kunststoff verabschiedet und klare Ziele abgesteckt. Nach den neuen Plänen sollen ab 2030 alle Kunststoffverpackungen auf dem EU-Markt recyclingfähig sein; der Verbrauch von Einwegkunststoffen wird reduziert und die absichtliche Verwendung von Mikroplastik beschränkt. "Die heute angenommene Strategie für Kunststoffe wird ändern, wie Produkte in der EU designt, hergestellt, verwendet und recycelt werden. Die Art und Weise, in der Kunststoffe gegenwärtig hergestellt, verwendet und entsorgt werden, lässt allzu oft die wirtschaftlichen Vorteile einer stärker kreislauforientierten Wirtschaft ungenutzt und schadet der Umwelt. Ziel ist es, die Umwelt zu schützen und gleichzeitig die Grundlagen für eine neue Kunststoffwirtschaft zu schaffen, in der bei Design und Herstellung den Erfordernissen in Bezug auf Wiederverwendung, Reparatur und Recycling in vollem Umfang Rechnung getragen wird und nachhaltigere Materialien entwickelt werden." (Europäische Kommission, Vertretung in Deutschland, Presse 16.01.2018).

Die Hochschule Nordhausen befasst sich seit vielen Jahren mit dem Thema „Kunststoffrecycling“. Innerhalb der Forschungsarbeiten wurden sowohl technische als auch analytische Problematiken aufgegriffen, wie z.B.

  • repräsentative Probenahme von Ersatzbrennstoffen
  • repräsentative Beprobung von Kunststoffballen
  • Untersuchungen zur sortenreinen Abtrennung von Kunststofffraktionen/ Folien
  • Entwicklung eines Sacköffners für gelbe Säcke in Sortieranlagen
  • Untersuchungen zum Korrosionspotential von Sekundärbrennstoffen

Gipsrecycling

Gips ist ein begehrter Rohstoff und als Baustoff nicht mehr wegzudenken. Eine der größten Gipslagerstätten Deutschlands befindet sich im Südharzer Zechstein, der sich auf maximal 7 km Breite und etwa 60 km Länge von Bad Lauterberg in Niedersachsen bis nach Sangerhausen in Sachsen-Anhalt erstreckt. Hier haben sich diverse gipsverarbeitende Unternehmen angesiedelt. Allein die 3 Südharzer Unternehmen Saint-Gobain Formula GmbH aus Walkenried, CASEA GmbH aus Ellrich und Knauf Deutsche Gipswerke KG / Knauf Integral KG aus Rottleberode/Südharz generierten 2018 einen Umsatz von 98 Millionen Euro Umsatz und beschäftigten über 400 Mitarbeiter (DIW Econ GmbH, Die volkswirtschaftliche Bedeutung der Gipsindustrie im Südharz, Aktualisierte regionalökonomische Analyse, Berlin, 4. September 2019).

Etwa die Hälfte des heutigen Gipsbedarfs wird in Deutschland über REA-Gips (Gips aus Rauchgas-Entschwefelungsanlagen) abgedeckt (Bundesverband der Gipsindustrie e.V.). Dieser technische Gips entsteht bei der Verstromung von Stein- und Braunkohle im Rahmen der Rauchgasreinigung. REA-Gips leistet als Sekundärrohstoff einen wichtigen Beitrag zur Schonung von Naturgipsvorkommen und ist essentiell für die Deckung des Gipsbedarfes in Deutschland.

Durch die Reduzierung bzw. den Ausstieg aus der Kohleverstromung wird das REA-Gips Aufkommen laut WSB-Kommission in 10 Jahren bereits bei nur ca. 2,7 Mio. Tonnen liegen (Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e.V.: Studie „Die Nachfrage nach Primär- und Sekundärrohstoffen der Steine- und-Erden-Industrie bis 2035 in Deutschland“, Aktualisierung 2019). Der inländische Bedarf wäre damit nicht mehr gesichert, was zwangsläufig zu einer Erhöhung der Abbaumenge an Naturgips und –anhydrit führen wird. Ziel ist es, diesem verstärkten Abbau durch den Einsatz von Recyclinggipsen entgegenzuwirken und eine teilweise Kompensation zu erreichen.

Im Rahmen von Forschungsprojekten auf Bundes- und Landesebene wird aktuell an Problemstellungen aus den Bereichen Rückführung und Aufbereitung gipshaltiger Stoffströme und der Wiederverwertung von Recyclinggipsen geforscht. Im Fokus stehen dabei Formgipse aus der keramischen Industrie, Haldenrückstände sowie gipshaltige Abfälle aus dem Baustoffsektor (z.B. Gipskartonplatten, Mauerwerksbruch und Estriche).

Gemeinsam mit der Fa. CASEA aus Ellrich, der Bauhaus-Universität Weimar und dem Institut für Angewandte Bauforschung in Weimar werden Innovationspotenziale entlang der Wertschöpfungskette des Gipses identifiziert und tragfähige Lösungen erarbeitet. Dafür wurden bereits weitere regionale und überregionale Unternehmen und Institutionen in das Bündnis integriert.

Bioverfahrenstechnik

Die Bioverfahrenstechnik ist in den Bereichen Umweltprophylaxe und der energetischen Nutzung von biologischen Rest- und Rohstoffen eine innovative Schlüsseltechnologie mit hohem Zukunftspotential. Neben der Umwelt- und Recyclingtechnik ist sie eine der Forschungs- und Innovationssäulen des ThIWert.

Der Forschungsschwerpunkt liegt in der verfahrenstechnischen Prozessentwicklung von biologischen Sanierungs- und Behandlungsverfahren in den Bereichen Biogaserzeugung, Abwassertechnik und Bodensanierung. Dabei liegt die Kernkompetenz in der Optimierung der Prozesskette zur Biogaserzeugung aus Energiepflanzen und landwirtschaftlichen Reststoffen. Die Verknüpfung von Verfahrenstechnik und Molekularer Biotechnologie ermöglicht die Betrachtung und Optimierung der Prozessaktivität auf molekularer Ebene und hilft so, technische Lösungsoptionen zu entwickeln, aus denen eine effiziente Ressourcenwirtschaft resultiert.

Weitere Informationen zu den Forschungsarbeiten im Bereich der Bioverfahrenstechnik finden sie hier.