Recycling von MVA-Asche: Metalle verwerten!

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Abstract

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Rückstände aus MVA

MSWI Bottom Ash: Recycle the Metals!

Rainer Bunge and Thomas Pohl

When recycling of MSWI bottom ash (BA) one needs to choose between two potential environmental advantages. On the one hand, one can recycle the mineral matrix as building-material. On the other hand, one can maximize the recovery of metals. With conventional technology these two approaches are mutually exclusive. For maximizing metals extraction, the BA needs to be comminuted aggressively, which renders the mineral fraction of the BA useless for construction purposes. This paper argues that it is ecologically preferable to maximize metals recovery from BA even if the residual mineral fraction cannot be used for construction and needs to be landfilled.

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121 Recycling von MVA-Asche: Metalle verwerten!

Recycling von MVA-Asche: Metalle verwerten!

Rainer Bunge und Thomas Pohl

1. Einführung ...121

2. Ökologische Aspekte ...122

3. Wirtschaftliche Aspekte: Sicht der Unternehmen ...125

4. Sicht der Umweltbehörden ...126

5. Fazit ...128 Die Aufbereitung von MVA-Rostaschen hat aus ökologischer Sicht zwei Vorteile. Ers- tens können die Metalle zurückgewonnen und rezykliert werden. Hierdurch wird der durch den Primärerzabbau entstehende Umweltschaden minimiert. Zweitens kann die Mineralik als Baustoff verwertet werden, wodurch Primärrohstoff (z.B. Kies) substituiert und Deponieraum geschont wird. Bei der konventionellen Aufbereitung von MVA- Rostaschen steht man allerdings vor dem Dilemma einer ökologischen Optimierung.

Entweder man maximiert die Metallrückgewinnung, wobei die Metalle durch Feinzer- kleinerung der Mineralmatrix freigelegt werden müssen. Die pulverisierte Mineralik eignet sich dann nicht mehr als Baustoff und muss deponiert werden. Oder man schont die baustofflich wertvolle grobkörnige Mineralik (Kiesersatz), und nimmt hierfür den Verlust an Metallstücken, die noch in der Mineralik verkapselt sind, in Kauf. Mittels einer Kosten/Nutzen-Abwägung wird in diesem Beitrag gezeigt, dass eine forcierte Metallrückgewinnung, wie in der Schweiz praktiziert, volkswirtschaftlich sinnvoll ist.

Sogar wenn hierdurch die baustoffliche Verwertung der Mineralik verhindert wird.

1. Einführung

Mit ansteigendem Bruttoinlandsprodukt nimmt weltweit die Abfallverbrennungskapa- zität zu. Zurzeit gibt es weltweit ungefähr 650 Abfallverbrennungsanlagen, die täglich etwa 75.000 Tonnen Verbrennungsrückstand, die sogenannte Rostasche produzieren.

Für diesen Rückstand gibt es drei typische Entsorgungswege:

1. Deponierung der unbehandelten Rostasche,

2. Aufbereitung zwecks baustofflicher Verwertung der Mineralik, 3. Aufbereitung zwecks maximierter Metallrückgewinnung.

Die Deponierung der unbehandelten Rostasche ist, zumindest in Zentraleuropa, kaum verbreitet. Dies vor allem wegen des relativ einfach zu gewinnenden Metallschrottes aus der Rostasche, der eine positive Wertschöpfung erzielt.

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Rainer Bunge, Thomas Pohl

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Standard in der Eurozone ist die baustoffliche Verwertung der Rostasche, insbesondere im Straßenbau. Zu diesem Zweck wird die Rostasche so aufbereitet, dass die Metalle als potenzielle Störstoffe entfernt werden. Die Aufbereitung ist in diesem Fall zumeist relativ materialschonend, wobei in der Regel auf eine Zerkleinerung verzichtet wird. Zur Metallrückgewinnung kommen vor allem Magnetscheider zur Abtrennung der Stähle und Wirbelstromscheider zur Abtrennung der Nichteisenmetalle, wie Aluminium und Kupfer, zum Einsatz. Die so von grobem Metallschrott befreite mineralische Fraktion (Mineralik) wird dann vor allem im Straßenbau eingesetzt (z.B. als Koffermaterial).

Standard in der Schweiz ist die Aufbereitung mit dem Ziel der maximierten Metallrück- gewinnung. Dies erfordert allerdings zunächst den Aufschluss der mineralikverkapselten Metallstücke mittels Zerkleinerung des umgebenden mineralischen Materials. Erst nachdem die Metallstücke freigelegt sind, können sie von der Mineralik abgetrennt werden (mittels Magnet- und Wirbelstromscheidern). Der mineralische Rückstand aus dieser Aufbereitung ist infolge der Zerkleinerung sehr feinkörnig und kann daher zumeist nicht als Baustoff in Form von Kiesersatz verwertet werden. Er wird daher in der Regel deponiert.

Zusammenfassend gibt es also hinsichtlich MVA-Rostaschenaufbereitung zwei ent- gegengesetzte Philosophien:

• Die Variante Kiesersatz Mineralik mit baustofflicher Verwertung der Mineralik (Sys- tem EU). Hierbei werden nur etwa 40 % der Nichteisenmetallstücke größer als 2 mm zurückgewonnen. Dies sind etwa 12 kg Nichteisenmetalle pro Tonne Rostasche.

Die Mineralik wird anschließend als Kiesersatz im Straßenbau verwertet.

• Die Alternative ist die maximierte Metallrückgewinnung, bei der die Mineralik zer- kleinert wird, folglich baustofflich nicht mehr verwertbar ist, und deponiert werden muss (System Schweiz). Dafür werden etwa zwei Drittel der in der Rostasche ent- haltenen Nichteisenmetallstücke größer 2 mm zurückgewonnen. Dies sind etwa 20 kg Nichteisenmetalle pro Tonne Rostasche.

2. Ökologische Aspekte

Beide Verfahren, Kiesersatz Mineralik und maximierte Metallrückgewinnung erbringen unterschiedliche positive und negative Umweltleistungen. Diese bestehen im Ersatz von Rohstoffen, nämlich Erz und Kies. Pro Tonne Rostasche gehen in die Umweltbilanz folgende Punkte ein (Basis 3 % NE-Metalle und 8 % Fe/t Asche):

1. Variante Kiesersatz Mineralik:

+ ökologische Gutschrift für den Ersatz von 12 kg/t Nichteisenmetallen, + ökologische Gutschrift für den Ersatz von 70 kg/t Stahl,

+ ökologische Gutschrift für 918 kg/t Kiesersatz durch Mineralik,

– ökologische Belastung durch 918 kg schwermetallbelastete Mineralik, die in die Umwelt ausgebracht wird.

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Das Einspeisen der Daten in Netzwerke ist untersagt.

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2. Variante maximierte Metallrückgewinnung:

+ ökologische Gutschrift für den Ersatz von 20 kg/t Nichteisenmetallen, + ökologische Gutschrift für den Ersatz von 70 kg/t Stahl,

– ökologische Belastung durch den Verbrauch von Deponievolumen für 910 kg/t Mineralik,

– ökologische Belastung durch höheren Energieverbrauch wegen der erforder- lichen Zerkleinerung.

Der Umweltnutzen respektive -schaden kann durch verschiedene Methoden der Öko- bilanzierung quantifiziert werden. Wir benutzen die Methode der ökologischen Knapp- heit, wobei der Umweltschaden durch Umweltbelastungspunkte UBP quantifiziert wird. Die Methodik ist vergleichbar mit der Verwendung von CO₂-Äquivalenten zur Beurteilung von klimarelevanten Emissionen.

Tabelle 1b: Ökobilanz Metallrückgewinnung Ökobilanz

maximierte Metallrückgewinnung UBP/t Asche Gutschrift 20 kg/t NE

(25 % Cu & Zn + 75 % Al) -705.700

Gutschrift 70 kg/t Fe -354.000

Belastung Deponievolumen

für 910 kg Mineralik 21.000

Belastung Energieverbrauch (10 kWh/t) 1.700

Summe -1.037.000

Tabelle 1a: Ökobilanz Mineralik Ökobilanz

Kiesersatz Mineralik UBP/t Asche Gutschrift 12 kg/t NE

(25 % Cu & Zn + 75 % Al) -424.000

Gutschrift 70 kg/t FEe -354.000

Gutschrift Kiesersatz 918 kg -36.000 Belastung Schwermetalleintrag

Umwelt 102.000

Summe -712.000

Wie man sieht, verursacht die maximierte Metallrückgewinnung weniger Umweltbelas- tung als die Variante Kiesersatz Mineralik. Dies vor allen deshalb, weil der maximierten Metallrückgewinnung ganz erhebliche ökologische Gutschriften für die rezyklierten Metalle angerechnet werden.

3. Wirtschaftliche Aspekte: Sicht der Unternehmen

Hinsichtlich Metallerlös ist ein Rückgewinnungsgrad von etwa 40 % Nichteisenme- tallen betriebswirtschaftlich optimal, denn dieser lässt sich durch den Einsatz von preiswerten low-tech-Maschinen erreichen – eine Zerkleinerung ist nicht notwendig.

Dies entspricht auch gerade etwa dem Metallrückgewinnungsgrad, der dazu erfor- derlich ist, um störende Metallstücke aus der baustofflich zu verwertenden Mineralik zu entfernen. Beim Szenario Kiesersatz Mineralik gehen wir, grob abgeschätzt von folgender Kosten- respektive Erlösstruktur aus der Sicht des Betreibers einer Aschen- aufbereitungsanlage aus:

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Aus Sicht des Betreibers einer Schlackenaufbereitung sind beide Szenarien etwa gleich- wertig. Den wesentlichen Unterschied zwischen diesen beiden Szenarien erschließt die Perspektive des Abgebers der Rostasche. Dieser zahlt im Fall der maximierten Metallrückgewinnung 18 EUR/t an den Abnehmer der Schlacke, jedoch nur 5 EUR/t im Szenario Kiesersatz Mineralik. Überließe man also die Rostaschenaufbereitung den Gesetzmäßigkeiten des Marktes, so würde sich das Modell maximierte Metallrückge- winnung gegen das Modell Kiesersatz Mineralik nicht durchsetzen.

4. Sicht der Umweltbehörden

Während der Unternehmer eine betriebswirtschaftliche Perspektive einnimmt, müs- sen die Umweltbehörden auch volkswirtschaftliche Aspekte berücksichtigen. So gibt es gerade im Umweltbereich zahlreiche Beispiele dafür, dass Umweltbehörden per Gesetz in die Marktwirtschaft eingreifen. Dort nämlich, wo sie auf eine wenigstens partielle Internalisierung der externen Umweltkosten dringen. So werden z.B. Re- cyclingquoten vorgegeben, die zwar zusätzliche Kosten verursachen, jedoch einen ökologischen Nutzen abwerfen. Hierbei steht die Behörde häufig vor dem Dilem- ma, dass zumeist unklar ist, ob die zusätzlichen Kosten den Nutzen für die Umwelt überhaupt rechtfertigen.

Im konkreten Fall kann dieses Dilemma folgendermaßen formuliert werden:

Rechtfertigt der ökologische Nutzen des Szenarios maximierte Metallrückge- winnung von 325.000 eingesparten UBP/t Asche dessen zusätzliche Kosten von 13 EUR/t gegenüber dem Szenario Kiesersatz Mineralik?

Um eine solche Abwägung vornehmen zu können, hat das UMTEC im Auftrag des Schweizer Bundesamtes für Umwelt (BAFU) einen Ökoeffizienzindikator entwickelt, den Specific Eco Benefit Indicator (SEBI). Dieser Indikator ist mittlerweile in der Schweiz fest etabliert und wird zur Abschätzung der Ökoeffizienz von Vorschlägen für neu einzuführende Umweltmaßnahmen verwendet. Er setzt hierbei den ökologischen Zusatznutzen des Alternativszenarios (maximierte Metallrückgewinnung) gegenüber dem Referenzszenario (Kiesersatz Mineralik) ins Verhältnis zu den Zusatzkosten.

Tabelle 2b: Kostenbilanz Metallrückgewinnung Kosten

maximierte Metallrückgewinnung EUR/t Asche Zuzahlung Abgeber Rostasche +18 Kosten Aufbereitung

(inkl. Transporte, Deckungsbeitrag…) -37 Erlös 20 kg NE-Metalle

(1,5 EUR/kg NE-Metall) +30

Erlös Stahl (0,1 EUR/kg) +7

Deponierung Mineralik -18

Summe 0

Tabelle 2a: Kostenbilanz Mineralik Kosten

Kiesersatz Mineralik EUR/t Asche Zuzahlung Abgeber Rostasche +5 Kosten Aufbereitung

(inkl. Transporte, Deckungsbeitrag…) -30 Erlös 12 kg NE-Metalle

(1,5 EUR/kg NE-Metall) +18

Erlös Stahl (0,1 EUR/kg) +7

Verkauf Mineralik +0

Summe 0

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Aus den Daten der Tabellen 1a und 1b errechnet sich ein ökologischer Zusatznutzen des Alternativszenarios maximierte Metallgewinnung gegenüber dem Referenzszenario Kiesersatz Mineralik von (-712.000 UBP/t) – (-1.037.000 UBP/t) = 325.000 eUBP/t.

Aus den korrespondierenden Tabellen 2a und 2b errechnen sich Zusatzkosten von 13 EUR/t Asche. Damit errechnet sich der SEBI zu: SEBI_UBP = 325.000 eUBP/t:

13 EUR/t = 25.000 eUBP/EUR.

Zur Beurteilung wird ein Vergleich mit den SEBIs von verschiedenen Recyclingmaß- nahmen in der Schweiz vorgenommen (Bild 1). Offenkundig wäre die Einführung der maximierten Metallrückgewinnung aus MVA-Asche eine hocheffiziente Maßnahme.

Hier würde beispielsweise pro ausgegebenem Euro 25-mal mehr Umweltnutzen ein- gefahren, als durch PE+-Kunststoffsammlungen (analog gelber Sack).

Die Schweizer Umweltbehörden haben bereits reagiert und in der revidierten Abfallver- ordnung VVEA vom Dezember 2015 einen Grenzwert von 1 % NE-Restmetallgehalt in der zur Ablagerung bestimmten Asche festgelegt. Damit wird, bei einem Ausgangsgehalt von etwa 3 % NE-Metallen in MVA-Asche, die Rückgewinnung von wenigstens 2/3 des NE-Metallinhalts erzwungen. Gerechnet auf die Abfallgebühr liegen die Mehrkosten bei knapp 1 % und werden wegen der hohen Kosten/Nutzen-Effizienz SEBI von den Schweizer Umweltbehörden als tragbar eingestuft.

Bild 1: Ökoeffizienzen ausgewählter Schweizer Recyclingmaßnahmen; die maximierte Metall- rückgewinnung anstatt Kiesersatz Mineralik wäre eine hocheffiziente Maßnahme

0 5.000 10.000

Weinkorken*

Kunststoffe PE+*

Alu-Kaffeekapseln*

Haushaltsbatterien 2015*

PET*

Leuchten und Leuchtmittel*

Elektrokleingeräte SENS*

CO₂-Zertifikat (40 CHF/t) Elektronik Swico Elektrogroßgeräte SENS**

Aluverpackungen*

MVA-Asche***

* versus MVA ** versus einfache Schrottaufbereitung *** versus maximierte Metallrückgewinnung

Kiesersatz Mineralik 15.000

Specific Eco Benefit Indicator (SEBI) eUBP/CHF 20.000 25.000

25.000 11.500

9.930 1.400

1.120 1.070 340

18.690 18.460 17.810 3.970

3.520

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Neben der Ökoeffizienz wird in der Schweiz auch die Ökoeffektivität von Umweltmaß- nahmen betrachtet. Hierbei geht es um die Fragestellung, ob die angestrebte Maßnahme überhaupt einen signifikanten Beitrag zur Verbesserung der Schweizer Umweltbilanz liefert. Es gibt durchaus Beispiele für sehr ökoeffiziente Maßnahmen, die aber ineffektiv sind. Die Schweizer Umweltbehörden fokussieren daher mit Priorität auf Maßnahmen, die ökoeffizient sind und gleichzeitig auch ökoeffektiv.

Wie hoch wäre also der Beitrag zur Umweltbilanz der Bundesrepublik, wenn – ebenso wie in der Schweiz – das Szenario maximierte Metallrückgewinnung durchgesetzt wür- de? Wir gehen bei unseren Abschätzungen von Schweizer Daten aus und extrapolieren diese auf die Bundesrepublik.

Der oben berechnete Umweltvorteil der maximierten Metallrückgewinnung lag bei 325.000 eUBP/t Asche. Unter der Annahme, dass in der Bundesrepublik jährlich etwa 7 Millionen Tonnen MVA-Aschen produziert werden, erhalten wir also ein Potenzial von 2.275 Milliarden eUBP pro Jahr. Zum Vergleich: die Kunststoffverwertung über den gelben Sack produziert einen ökologischen Nutzen von 450 Milliarden eUBP/Jahr und ist damit um den Faktor 5 weniger ökoeffektiv (und 23 Mal weniger ökoeffizient) als die maximierte Metallrückgewinnung.

Zwar wurde eingangs diskutiert, dass eine forcierte Metallrückgewinnung praktisch nur möglich sei, wenn die Mineralik beim Aufschluss der Metallstücke zerstört wird.

Mit modernen Aufbereitungstechnologien kann man allerdings auch dieses Optimie- rungsproblem überwinden: maximale Metallausbeute und dennoch eine nahezu intakte Mineralik. Ein Beispiel hierfür ist die AFATEK in Kopenhagen. Hier wird die Asche zunächst unzerkleinert aufbereitet und die Metallstücke werden, soweit aufgeschlossen, herausgewonnen. Die so aufbereitete Asche wird dann über Sensorsortierer geleitet, welche mineralikverkapselte Metallstücke aufspüren und abtrennen. Nur dieser kleine Massenstrom an mineralikverkapselten Metallstücken wird durch die Zerkleinerung geführt und wieder in den der Schlackenaufbereitung zulaufenden Rohmaterialstrom zurückgeführt. Der Rückstand der Sensorsortierer ist daher frei von Metallstücken und dennoch so grobkörnig, dass er problemlos als Baumaterial verwertet werden kann.

5. Fazit

Sowohl punkto Ökoeffizienz als auch Ökoeffektivität wäre die Umsetzung der maxi- mierten Metallrückgewinnung eine in jeder Weise sinnvolle Maßnahme, auch wenn hierfür die Verwertung der Asche im Straßenbau Kiesersatz Mineralik aufgegeben werden müsste.

Vielleicht könnten sich die Umweltbehörden der Bundesrepublik von ihren Schweizer Kollegen dazu inspirieren lassen, den Fokus von Umweltmaßnahmen abzuwenden, die zwar politisch populär sind, aber weder effizient noch effektiv (z.B. die weitere Steigerung von Kunststoffrecyclingraten). Wünschenswert wäre eine Hinwendung zur Ernte von sowohl ökoeffizienten als auch ökoeffektiven low-hanging fruits. Ein gutes Beispiel hierfür ist die forcierte Metallrückgewinnung aus MVA-Aschen.

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Ansprechpartner

Professor Dr. Rainer Bunge

Hochschule für Technik Rapperswil (HSR)

Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik (UMTEC) Oberseestrasse 10

8640 Rapperswil (CH) Telefon: 0041-55-2224862 E-Mail: rainer.bunge@hsr.ch

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Vorwort

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky,

Bernd Friedrich, Thomas Pretz, Peter Quicker, Dieter Georg Senk, Hermann Wotruba (Hrsg.):

Mineralische Nebenprodukte und Abfälle 5 – Aschen, Schlacken, Stäube und Baurestmassen – ISBN 978-3-944310-41-1 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2018

Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Dr.-Ing. Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Claudia Naumann-Deppe, Janin Burbott-Seidel, Sandra Peters, Ginette Teske, Roland Richter, Cordula Müller, Gabi Spiegel Druck: Universal Medien GmbH, München

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig.

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