Stoffliche Verwertung

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In einer Welt, in der Ressourcenschonung, CO2-Reduktion und Umweltschutz einen immer größeren Stellenwert einnehmen, rückt das Thema Nachhaltigkeit zunehmend in den Vordergrund. Eng damit verknüpft ist die stoffliche Verwertung, die es ermöglicht, erhebliche Mengen an Rohstoffen und Energie einzusparen. Was genau ist stoffliche Verwertung und wo werden entsprechende Recyclingverfahren genutzt?

Stoffliche Verwertung im Überblick

Geht es um die Nutzung der stofflichen Eigenschaften von Abfällen unterscheiden wir zwischen:

• rohstofflicher Verwertung: Der chemisch zerlegte Müll wird als Rohstoffersatz genutzt (z. B. Synthesegas aus Kunststoffen statt Erdgas).
• biologischer Verwertung (Kompostierung, Vergärung)
• Verfüllen von Hohlräumen im Bergbau (u.a. Rückstände von Abfällen, die die thermische Verwertung nicht vollständig verarbeiten kann)
• werkstofflicher Verwertung: Der Abfall dient als Werkstoff (z. B. Kunststoffgranulat, Papier-Recyclat).

Stoffliche vs. energetische & thermische Verwertung

In der Abfallhierarchie des Kreislaufwirtschaftsgesetzes steht die stoffliche Verwertung über der Energierückgewinnung. Hinter dieser rangiert wiederum die thermische Verwertung zur Abfallbeseitigung.

Der Grund für diese Vorrangstellung besteht in einigen klaren Vorteilen, die sich aus dieser Form der Abfallverwertung ergeben:

• Ressourcenschonung: Materialien können über stoffliche Recyclingverfahren direkt wiedergewonnen und erneut genutzt werden. Durch die Kreislaufwirtschaft werden weniger Primärrohstoffe benötigt.
• Energieeinsparung: Die Herstellung von Produkten aus Sekundärmaterialien verbraucht weniger Energie als die Rohstoffgewinnung. Zwar wäre durch thermische Verwertung eine Energierückgewinnung möglich. Der Nutzen ist aber im Vergleich oft geringer.
• CO2-Reduktion: Da die stoffliche Verwertung die Notwendigkeit für die Förderung und Verarbeitung von Primärrohstoffen senkt, verringern sich die damit verbundenen CO2-Emissionen. Die thermische Abfallverwertung setzt oft zusätzliche Treibhausgase frei, beispielsweise durch die Verbrennung von Kunststoffen.
• Reduzierung von Abfällen: Stoffliches Recycling senkt die Menge an Deponie- und Verbrennungsabfällen. Die thermische Verwertung durch Verbrennung hinterlässt oft Asche oder Schlacken, die entsorgt werden müssen.
• Der größte Nutzen besteht in der Maximierung der Lebensdauer von Materialien. Wertvolle Stoffe können nahezu unbegrenzt in eine Kreislaufwirtschaft eingebunden werden, während die thermische Verwertung sie unwiederbringlich zerstört.

Stoffliche Recyclingverfahren sind aus ökologischer Sicht oft die nachhaltigere Option. Je nach Material kann es jedoch sinnvoll sein, stoffliche, energetische und thermische Verfahren zu kombinieren. Beispielsweise ist die thermische Verwertung eine gute Ergänzung, wenn die Wertstoffrückgewinnung nicht möglich oder mangels Effizienz wirtschaftlich unzweckmäßig ist.

Verfahren der stofflichen Abfallverwertung

Für die stoffliche Wertstoffrückgewinnung gibt es mehrere Vorgehensweisen, die je nach Material und geplantem Verwendungszweck zur Anwendung kommen. Zu den wichtigsten zählen:

Mechanisches Recycling

Abfälle werden physisch verarbeitet. Ihre chemische Zusammensetzung ändert sich dabei nicht. Beispiele sind das Schreddern, Mahlen oder Sortieren von Metallen, Glas oder Kunststoffen.

Chemisches Recycling

Die ursprünglichen chemischen Bestandteile der Materialien werden durch chemische Aufspaltung zurückgewonnen. Viel genutzte Recyclingverfahren sind:

• Pyrolyse (Zersetzen bei hohen Temperaturen)
• Hydrolyse (Spaltung durch Wasser)
• thermische Depolymerisation beim Kunststoffrecycling
• Vergasung von Kunststoffen (thermochemisches Verfahren)
• Recycling von lösemittelbasierten Chemikalien via Destillation

Die Pyrolyse ist das führende Recyclingverfahren zur Wiederverwertung von Kunststoffen. Sie bietet den Vorteil, dass sie sich auch zur Wertstoffrückgewinnung aus gemischten oder stark verschmutzten Kunststoffen eignet, die sich mit mechanischen Methoden der Abfallverwertung nur schwer verarbeiten lassen. Die Forschung arbeitet daran, die Nachhaltigkeit und Effizienz der Pyrolyse zu verbessern, um sie für eine ganzheitliche Kreislaufwirtschaft nutzen zu können.

Auch die Hydrolyse findet beim Materialrecycling von Kunststoffen Verwendung. Diese werden mithilfe von Wasser und für gewöhnlich unter Zugabe von Katalysatoren in ihre chemischen Bestandteile zerlegt. Das geschieht in einem Recyclingverfahren, das hohe Temperaturen und teils auch erhöhten Druck erfordert. Die Hydrolyse ist einfacher zu handhaben als die Pyrolyse, stößt aber bei stark verschmutzten oder unsortierten Kunststoffen an ihre Grenzen.

Die Depolymerisation kann thermisch, chemisch oder enzymatisch erfolgen. Bei der thermischen Depolymerisation zur Wertstoffrückgewinnung werden die Bindungen zwischen den Polymeren mithilfe von Wärme gelöst, während bei der chemischen Depolymerisation Chemikalien, wie Basen und Säuren zur Trennung genutzt werden. Bei der enzymatischen Depolymerisation zerlegen als biologische Katalysatoren wirkende Enzyme die Polymere und ermöglichen so eine Rückführung in die Kreislaufwirtschaft.

Durch die Vergasung von Kunststoffen kann Synthesegas erzeugt werden, das sich zur Energieerzeugung und für chemische Prozesse eignet.

Das Recycling von lösemittelbasierten Chemikalien via Destillation ermöglicht eine effiziente Rückgewinnung verwertbarer Lösemittel aus kontaminierten Stoffgemischen. Verfahren wie die fraktionierte Destillation oder das Resolve-T-Verfahren trennen flüchtige organische Bestandteile gezielt ab und führen sie dem Wirtschaftskreislauf erneut zu – oft bei gleichzeitiger Trocknung und Verwertung der Rückstände.

Grenzfall: Thermische Nutzung mit stofflicher Komponente

In bestimmten Fällen ist eine eindeutige Zuordnung zur stofflichen oder energetischen Verwertung nicht möglich. Ein typisches Beispiel ist die Nutzung von Altreifen in Zementwerken. Hierbei werden die Reifen als Ersatzbrennstoff genutzt, wodurch Energie bereitgestellt wird (thermische Verwertung). Gleichzeitig fließen ihre mineralischen Bestandteile – etwa Silizium- oder Eisenverbindungen – in den Zementklinker ein und werden dauerhaft gebunden. Diese Mitverbrennung stellt daher eine kombinierte Verwertungsform dar, bei der sowohl stoffliche als auch energetische Aspekte berücksichtigt werden.

Beispiele für die stoffliche Verwertung von Abfällen

Recyclingverfahren zur stofflichen Abfallverwertung kommen in vielen Bereichen und Branchen zum Einsatz. Typische Anwendungsfelder sind:

Kunststoffrecycling

PET-Flaschen werden gesammelt, gereinigt und zu Kunststoffflocken zerkleinert. Diese werden zu Granulat weiterverarbeitet, das als Ausgangsmaterial für neue Produkte wie Bauteile, Verpackungen oder Kleidung (z. B. Fleecejacken) dient. Dieser Prozess verhindert, dass Kunststoffe in die Umwelt gelangen, und trägt zur Ressourcenschonung bei, indem er den Bedarf an Rohöl senkt.

Karton- und Papierrecycling

Für Kartonagen und Papiere haben sich das Materialrecycling und die Kreislaufwirtschaft seit vielen Jahren etabliert. Die Abfälle werden zerkleinert, von Fremdstoffen befreit und mit Wasser vermischt. Diese sogenannte Pulpe wird gepresst und getrocknet, um neues Papier zu erzeugen. Das Papierrecycling spart im Vergleich zur Papierproduktion aus Frischfasern circa 70 % Wasser und 60 % Energie ein.

Metallrecycling

Alte Metalle vom Stahlträger bis hin zur Aluminiumdose werden gesammelt und nach einer sorgfältigen Sortierung eingeschmolzen. Die Herstellung von Sekundäraluminium durch Recyclingverfahren erfordert nur fünf Prozent der Energie, die für die Rohstoffgewinnung aus Bauxit benötigt wird. Außerdem trägt die Aluminium-Abfallverwertung zum Umweltschutz bei, da weniger giftiger Rotschlamm entsteht. Dieser wird derzeit auf Deponien entsorgt, weil geeignete Verfahren zur Aufbereitung fehlen.

Zum Metallrecycling gehört auch die Wertstoffrückgewinnung aus Elektroschrott. Hierbei werden Gold, Silber, Kupfer und Metalle aus der Gruppe der seltenen Erden aus alten Elektrogeräten extrahiert.

Glasrecycling

Glas besitzt die außergewöhnliche Eigenschaft, seine Qualität über unbegrenzte Zeit zu bewahren, da es keinem natürlichen Abbau unterliegt. Diese Beständigkeit macht es zu einem idealen Material für eine ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft, in der es nahezu endlos wiederverwertet werden kann.

Für ein effizientes Recycling ist jedoch eine sorgfältige Trennung unerlässlich: Da sich aus Mischglas kein hochwertiges Weißglas herstellen lässt, muss eine farbliche Sortierung erfolgen. Ebenso wichtig ist die separate Sammlung verschiedener Glasarten – Verpackungsglas, Fensterglas, Kristall und Spiegel benötigen unterschiedliche Schmelztemperaturen und lassen sich daher nicht gemeinsam aufbereiten.

Lesen Sie mehr über die Verfahren zur Rückgewinnung und Reinigung von Werkstoffen von Rematec – einem Unternehmen der Kluthe Gruppe.