Lückenlose Kreislaufwirtschaft

Im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten standen neben der Vergärung von Abfallstoffen, der Prozesswasserbehandlung und der Lebenszyklusanalyse, die Pyrolyse und die Vergasung. Zwei neue Technikumsanlagen wurden aufgebaut, um die noch vorhandenen Lücken im Verwertungskreislauf zu schließen.

Das Lehr- und Forschungszentrum :metabolon befasst sich seit 2012 mit allen Fragen rund um die Kreislaufwirtschaft. „Unser Forschungsziel ist die Entwicklung eines möglichst geschlossenen Verwertungskreislaufs. Reststoffe aus der Region wie etwa Energiepflanzen, Abfälle, Klärschlamm oder Laub sollen wiederverwertet und zu möglichst hochwertigen neuen Rohstoffen werden“, erläutert Projektleiter Prof. Dr. Christian Wolf vom :metabolon Institute der TH Köln.

Blick in die neu aufgebaute Halle auf :metabolon, in der Verfahren wie Pyrolyse oder Vergasung erforscht werden. (Bild: Costa Belibasakis / BAV)

Pyrolyse und Vergasung

Ein Schwerpunkt des nun abgeschlossenen Projekts war die Entwicklung von Verfahren zur Pyrolyse und zur Vergasung von Reststoffen. Dazu errichteten die TH Köln und der BAV eine neue Technikumshalle und bauten je eine Anlage für jedes Verfahren auf, die Forschungen im Pilotmaßstab zulassen. „Einer der großen Vorteile von :metabolon ist, dass wir hier den Labormaßstab verlassen, bei dem für die Pyrolyse etwa ein bis zwei Kilogramm Material pro Stunde verarbeitet werden können. Unsere Anlagen ermöglichen hingegen die Verarbeitung von 20 bis 50 Kilogramm pro Stunde, was ganz neue Herausforderungen schafft, die es zu lösen gilt. Der Weg zum Industriemaßstab mit einem Durchsatz von 100 Kilogramm pro Stunde ist dann nicht mehr weit“, sagt Wolf.

Bei der Pyrolyse erhitzen die Forschenden Abfallstoffe unter Sauerstoffausschluss stark, um so zum Beispiel Metalle von organischen Stoffen zu trennen. Werden etwa ausrangierte Unterseekabel mit dieser Methode behandelt, lassen sich die Aluminium- und Kupferbestandteile der Kabel besser von dem umgebenden, stark verklebten Gummi und Kunststoff lösen. Zudem entstehen wiederwertbares Gas und sogenannte Karbonisate, die zum Beispiel in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt werden können.

Die Vergasung von Restbiomasse wurde ebenfalls neu aufgebaut. „Bei der Vergasung werden Ausgangsmaterialien wie Abfälle der Parkett-Industrie stark erhitzt, ohne dass sie brennen. Dabei entsteht zum einen ein Synthese-Gas, aus dem wir nach Aufbereitung wertvollen reinen Wasserstoff gewinnen können. Darüber hinaus kann das Gas auch zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden“, so Wolf.

Lebenszyklusanalyse und Netzwerkbildung

Da alle Verfahren der Kreislaufwirtschaft Ressourcen benötigen, um die Reststoffe weiterzuverarbeiten, spielt der Lebenszyklus der Reststoffe und die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit und ökologischen Verträglichkeit eine große Rolle. „Jede neue Methode muss beweisen, dass die wiedergewonnenen Rohstoffe bereits jetzt oder zukünftig einen Marktwert haben, der über den Kosten des Verfahrens liegt. Zudem betrachten wir die Ökobilanz des gesamten Lebenszyklus“, so Wolf.

Im Rahmen des Projektes ist außerdem ein landesweites Netzwerk im Themenfeld zirkuläre Wertschöpfung aufgebaut worden. Der Runde Tisch Zirkuläre Wertschöpfung NRW holt Hochschulen, Unternehmen, Politik und Landeseinrichtungen zusammen und schafft damit eine Plattform für Austausch, Abstimmung und Kooperation.

Zukunftsaussichten

Die Anlagen auf :metabolon werden künftig weiter ausgebaut. So entsteht im Zuge des Projekts „Bergische Rohstoffschmiede“ eine neue Halle mit Anlagentechnik, bei der vor allem die Verwertung von mineralischen Bauabfällen und Kunststoffen im Mittelpunkt steht. Dazu will das :metabolon-Konsortium Weiterbildungsangebote entwickeln und den Wissenstransfer in die Industrie und in Startups forcieren.

Das Forschungsprojekt metabolon IIb wurde von 2017 bis 2021 auf dem Lehr- und Forschungszentrum :metabolon der TH Köln und des Bergischen Abfallwirtschaftsverbandes am Entsorgungszentrum Leppe bei Lindlar durchgeführt. Der Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und das Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen förderten das Vorhaben mit insgesamt 8,3 Millionen Euro.