Umweltpakt Bayern

ForCYCLE I

Ergebnisse des Projektverbundes ForCYCLE I

Zum Erhalt unserer Lebensgrundlagen müssen wir unsere natürlichen Ressourcen nachhaltiger und umweltfreundlicher nutzen.
Aus diesem Grund hat das Bayerische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz im Jahr 2014 den Projektverbund "ForCYCLE I – Rohstoffwende Bayern" ins Leben gerufen. In neun Forschungsprojekten und einem Koordinierungsprojekt wurden über einen Zeitraum von drei Jahren aus verschiedenen Fachperspektiven und bezogen auf unterschiedliche Stoffe effiziente Verfahren und Strategien für das Recycling und die Nutzung der gewonnenen Sekundärrohstoffe erforscht. Im Fokus standen dabei die Stoffgruppen der Metalle, Komposite, Baustoffe sowie Biogenen Polymere und Wertstoffe.

Die Ergebnisse wurden in enger Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und einschlägigen Unternehmenspartnern erarbeitet. Sie zeigen neben den entwickelten Technologien und Verfahren auch Handlungsempfehlungen für die Weiterentwicklung der Bayerischen Ressourcenstrategie auf.
Der Projektverbund geht mit dem Nachfolgeverbund ForCYCLE II, welcher aus 10 Teilprojekten und einem Dachprojekt besteht, ab Juli 2019 in die zweite Runde.

Die Projekte

Entwicklung einer Gesamtlösung zur effektiven Rückgewinnung von Buntmetallen aus Industrieabwässern

Das Ziel dieses Projektes war es, eine Gesamtlösung für die Aufbereitung buntmetallhaltiger Industrieabwässer zu entwickeln. Durch gezieltes Ausfällen von Buntmetalloxiden sollte der Verlust dieser Wertstoffe verhindert werden und der gesamte Wertschöpfungsprozess aufgewertet werden. Entwickelt wurde dazu das SPOP-Cycle-Konzept zur Rückgewinnung von Metallen aus Abwässern als Sekundärrohstoff bzw. als vermarktbares Syntheseprodukt.

Projektleitung: Prof. Dr. Soraya Heuss-Aßbichler (LMU München)

Ressourceneffiziente Faser-Matrix-Separation für das Recycling von Carbonfaserstrukturen

Ziel des Projekts war die Entwicklung und Untersuchung von faserschonenden, ressourceneffizienten Separationsverfahren zum Recycling der Carbonfasern, um den Gesamtlebenszyklus der Carbonfaser zu verlängern und rezyklierte Carbonfasern (rCF) als hochwertigen Sekundärrohstoff einsetzen zu können. Untersucht wurden drei verschiedene Faser-Matrix Separationsverfahren: die Pyrolyse als derzeitiges Benchmark-Verfahren, ein Solvoyse-Prozess mittels subkritischer Fluide sowie ein thermisches Verfahren, welches auf induktiver Erwärmung basiert. Ebenfalls wurde der Einfluss von Material- und Prozessparametern auf die textile Weiterverarbeitung zu Carbonfaser-Halbzeugen bestimmt und die Eigenschaften von rCF-basierten CFK-Bauteilen charakterisiert.

Projektleitung: Prof. Dr. Siegfried Horn (Universität Augsburg) in Kooperation mit Prof. Dr. Klaus Drechsler (Fraunhofer IGCV, Augsburg)

Niedrig schmelzende Zucker-Harnstoff Gemische zur Extraktion von Metallen und anderen Wertstoffen

Ziel des Projekts war die Untersuchung von ionischen Flüssigkeiten und niedrig schmelzenden Gemischen, um ein umweltfreundliches, toxikologisch unbedenkliches Verfahren zur Rückgewinnung von Metallen aus Industrieabfällen zu entwickeln. Die gesammelten Ergebnisse verdeutlichen die Realisierbarkeit und Bandbreite der Anwendungen von niedrig-schmelzenden Naturstoffgemischen. Zum momentanen Zeitpunkt sind die mit dieser Art von Extraktionsmittel zurückgewonnenen Sekundärrohstoffe allerdings noch nicht ausreichend wirtschaftlich.

Projektleitung: Prof. Dr. Burkhard König (Universität Regensburg)

Aufreinigung von Gebrauchs- und Spezial-Gläsern zur Dissipationslimitierung und Rückgewinnung von Wertmetallen

Die Aufarbeitung von Altgläsern durch eine selektive Schermetallabtrennung war die Zielsetzung dieses Projekts. Auf diese Weise sollen sowohl hochwertige Scherben für die Glasindustrie generiert werden sowie Wertmetalle als Sekundärrohstoffe zurückgewonnen werden. Der Schwerpunkt lag auf der Reduzierung der Bleikonzentration beim Wiedereinschmelzen von Altglas, da der Bleigehalt im Behälterglas für die Glasindustrie eine besondere Herausforderung darstellt. Als Ergebnis kann beispielsweise festgehalten werden, dass mittels einer flüssig-flüssig-Extraktion beim Schmelzprozess von Altglas über 90% des enthaltenen Bleis abgetrennt werden können. So können sekundäre Gläser sowie Wertmetalle rückgewonnen werden und im Stoffkreislauf verbleiben.

Projektleitung: Prof. Dr. Thorsten Gerdes (Universität Bayreuth)

Neuartige biogene Hybridpolymere aus Zellulose und Chitin

Chitin ist weltweit mengenmäßig einer der größten Bioreststoffe bzw. Bioabfälle. In Bayern kommen zudem Zellstoffabfälle aus Baum- und Heckenschnitten in großen Mengen vor. Auf Basis dieses Hintergrunds wurde als Ziel definiert, Cellulose- und Chitinreststoffe simultan in einem möglichst umweltverträglichen Lösungsmittel zu lösen und daraus neue Materialien herzustellen. Dies könnten beispielsweise Spinnfasern, beschichtetes Papier oder Verpackungsmaterialien sein.

Projektleitung: Prof. Dr. Werner Kunz (Universität Regensburg) in Kooperation mit Prof. Dr. Cordt Zollfrank (Technische Universität München)

Recycling von Metall-Kunststoffverbunden und Hybridwerkstoffen

Bei vielen Zulieferern und Herstellern entstehen große Mengen von Produktionsabfällen von Metall-Kunststoffverbunden. Diese Verbundmaterialien können oft nicht in ihre Bestandteile zerlegt werden. Lediglich ein geringer Teil des eigentlichen Materialwerts wird in der Recyclingindustrie rückgewonnen. Das übergeordnete Ziel des Projekts liegt auf der vollständigen Trennung der Komponenten und der anschließenden wertstofflichen Wiederverwendung. Sowohl mechanische als auch lösemittelbasierte Trennverfahren finden dabei Anwendung. Durch die Rückgewinnung der Teile aus den Abfallströmen können Ressourcen und die hohe Veredelungsenergie, die zur Formung der Metallteile notwendig ist, eingespart werden.

Projektleitung: Dr. Martin Schlummer (FraunhoferIVV, Freising)

Recycling von Kompositbauteilen aus Kunststoffen als Matrixmaterial – ReKomp

Projektziel war die systematische Betrachtung der einzelnen Prozessschritte einer stofflichen Verwertung von faserverstärkten duroplastischen Kunststoffen. Technologien und Verfahren sollten entwickelt werden, um das Werkstoffpotenzial von Kompositbauteilen, insbesondere der Fasern und Partikel, in einem zweiten Lebenszyklus stofflich nutzen zu können. Die Schwerpunkte lagen auf der Demontage von großvolumigen Bauteilen wie Rotorblättern sowie der materialspezifischen Aufbereitung der innerhalb der Mikrostruktur anhaftenden zweiphasigen Materialverbünde (Polymermatrix und disperse Faser). Ziel dabei war die hochwertige Rückführung in den Markt.

Projektleitung: Prof. Dr. Ulrich Teipel (Technische Hochschule Nürnberg)

Produktgestaltung mit Sekundärrohstoffen in der Baustoff- und Keramikindustrie

Die Bauindustrie ist ein Industriezweig mit einem der höchsten Abfallaufkommen in Bayern. Trotzdem wird nur ein geringer Anteil der mineralischen Bestandteile recycelt. Im Rahmen des Projekts sollten neue Anwendungen für ein hochwertiges Recycling von Abfällen aus der Keramik- und Baustoffindustrie erschlossen werden. Gleichzeitig musste die Umweltverträglichkeit der Materialien gewährleistet sein, die zudem preislich und qualitativ konkurrenzfähige Produkte darstellen sollen.

Projektleitung: Prof. Dr. Ulrich Teipel (Technische Hochschule Nürnberg)

Geobiotechnologie: Innovative Verfahren zur Gewinnung Seltener Erden und anderer Wertmetalle aus hochverdünnten Lösungen durch Mikroalgen-basierte Bioadsorption

Seltene Erden sind wichtige Rohstoffe für die aktuelle Hochtechnologie. Deshalb wurde in diesem Projekt darauf abgezielt ein innovatives Sorptionsverfahren auf Basis phototropher Organismen zur Gewinnung von Seltenen Erden und anderen Wertmetallen aus alternativen Quellen zu entwickeln. Der Schwerpunkt lag dabei auf einer umweltfreundlichen Alternative zu den konventionellen Methoden. Gleichzeitig sollte der Prozess für hochverdünnte Lösungen der Seltenen Erden geeignet sein, wie sie bspw. in Industrieabwässern vorkommen. Ziel des Projektes war es, photoautotrophe Organismen (z.B. Grünalge) zu identifizieren, welche die SEE besonders gut aufnehmen. Auch u.a. Gold oder Blei können mit dem Verfahren z.B. in Algen angereichert und zurückgewonnen werden.

Projektleitung: Prof. Dr. Rainer Buchholz (Universität Erlangen-Nürnberg) in Kooperation mit Prof. Dr. Thomas Brück (Technische Universität München)

Ressourcenstrategie für die Rohstoffwende Bayern unter besonderer Berücksichtigung von Sekundärrohstoffen (Koordinationsprojekt)

Für die Stoffklassen Metalle, Mineralische Baustoffe, Komposite und Biogene Polymere und Wertstoffe wurden im Forschungsverbund ForCYCLE an verschiedenen bayerischen Forschungseinrichtungen innovative Recyclingverfahren und -technologien entwickelt. Die Integration der neu entwickelten Verfahren ermöglicht das Schließen von Stoffkreisläufen und die Reduktion der Feinverteilung von Stoffen in der Umwelt. So können Ressourcen effizienter eingesetzt und ein aktiver Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden. Die Netzwerk- und Clusterarbeit im Verbund führte zu zahlreichen Kooperationen innerhalb der Einzelprojekte, fachlicher Zusammenarbeit sowie zum Austausch von Analysematerial, Laborausstattung und Kontakten.

Projektleitung: Prof. Dr. Armin Reller (Universität Augsburg)