Aschen-Aufbereitung:

Mechanische und thermische Aufbereitung von Aschen und weiteren Sekundärrohstoffen für die Produktion mineralischer Bindemittel

In Deutschland fallen jedes Jahr Millionen Tonnen mineralischer Aschen und Schlacken bei Verbrennungsprozessen an. Diese Materialien werden meist nicht genutzt und landen stattdessen auf Deponien oder werden nur begrenzt weiterverwendet. Eigentlich könnten diese Stoffe als Ersatz für Klinker oder als Zusatzstoffe im Beton eingesetzt werden. Aber in der Praxis klappt das oft nicht, weil sie zu viele Fremd- und Störstoffe enthalten und nicht reaktiv genug sind. Das Forschungsprojekt untersucht deshalb, verschiedene Verfahren kombiniert werden können. Dabei werden mechanische Aufschluss- und Trennverfahren, chemische Reinigungsprozesse und thermische Behandlungen untersucht. Ziel ist es, die störenden Bestandteile effizient zu entfernen, die Fähigkeit zur Aushärtung mit Wasser zu aktivieren und diese bisher schwer nutzbaren Abfall- und Reststoffe in hochwertige Sekundärrohstoffe für die Zement- und Baustoffindustrie zu verwandeln.

Viele Abfallströme wie Hausmüllverbrennungsaschen, Braunkohlenflugaschen und industrielle Schlacken werden derzeit überwiegend deponiert und kaum stofflich verwertet. Zwar finden einzelne Fraktionen wie Steinkohlenflugasche oder Hüttensand bereits Anwendung in der Baustoffindustrie, doch ein großer Teil der mineralischen Reststoffe bleibt ungenutzt.

Ziel des Vorhabens ist es, Aschen und Schlacken durch mechanische, chemische und thermische Aufbereitungstechnologien so zu veredeln, dass unerwünschte Bestandteile abgetrennt und die reaktiven Eigenschaften erhalten oder verbessert werden. Die industriellen Sekundärrohstoffe sollen als Bindemittelkomponenten für die Zement- und Betonindustrie bereitgestellt und hochwertig verwertet werden.

Vom Labor in die industrielle Anwendung

Das Projekt Aschen-Aufbereitung wird vom Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH (IAB) koordiniert und überführt im Labor- und Technikmaßstab gewonnene Erkenntnisse in eine praxisnahe Anwendung. Ein interdisziplinäres Konsortium aus Forschungseinrichtungen und Industriepartnern bringt komplementäre Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette ein.

Die IAB Weimar gGmbH verantwortet die thermische Aufbereitung der Sekundärrohstoffe sowie Untersuchungen zu Mahl-, Misch- und Agglomerationsprozessen. Dazu gehört die Herstellung von Blends, Grüngranulaten und leichten Gesteinskörnungen. Thermische Verfahren im Drehrohrofen und Flash-Kalzinator steigern die Reaktivität der Materialien für den Einsatz als Bindemittelkomponenten.

Die Technische Universität Clausthal entwickelt mechanische und chemische Aufbereitungsverfahren (Leaching) zur Rückgewinnung von Wertstoffen und Herstellung schadstoffarmer mineralischer Fraktionen. Sie bringt ihre Expertise in Aufbereitungstechnik, Flotation, Hydrometallurgie und Stoffstromanalytik ein.

Das SWT Stahlwerk Thüringen stellt Rückstände aus metallurgischen Prozessen bereit, insbesondere Pfannenofenschlacken aus der Stahlproduktion. Diese werden identifiziert, beprobt und charakterisiert, um ihr Potenzial als Rohstoff für die Zement- und Bindemittelherstellung zu erschließen. Dabei wird untersucht, wie vorgelagerte Prozesse optimiert werden können, um den mineralischen Anteil für einen CO₂-sparenden Einsatz nutzbar zu machen.

Die K-UTEC AG begleitet das Projekt mit Schwerpunkt auf rechtlichen, regulatorischen und qualitätssichernden Fragestellungen. Dies umfasst die Bewertung umwelt- und abfallrechtlicher Rahmenbedingungen, Materialklassifizierung, Zertifizierung sowie Qualitätssicherung. Zudem erfasst, charakterisiert und kategorisiert K-UTEC Braunkohlenaschen-Stabilisate aus Industrieprozessen und Deponien und führt Elutions- und Eignungsprüfungen für verschiedene Anwendungsfelder durch.

Die Scherer & Kohl GmbH entwickelt und optimiert großtechnische mechanische Aufbereitungsverfahren. Durch Anpassung bestehender Sortier- und Trennprozesse werden größere Materialmengen praxisnah verarbeitet, Metalle abgetrennt und hochwertige mineralische Fraktionen erzeugt. Dies schafft die Grundlage für eine spätere industrielle Umsetzung.

Die enge Zusammenarbeit der Partner stellt sicher, dass die entwickelten Aufbereitungsprozesse durchgängig von der Labor- und Pilotphase bis zur großtechnischen Anwendung betrachtet und weiterentwickelt werden.

Erwartete Ergebnisse und Nutzungsperspektiven

Das Projekt zielt darauf ab, eine integrierte Verfahrenskette zur Aufbereitung mineralischer Aschen zu entwickeln und im praxisnahen Maßstab zu erproben. Erwartet wird die Herstellung qualitätsgesicherter, reaktiver Sekundärrohstoffe, die als Supplementary Cementitious Materials (SCM) in der Baustoffproduktion eingesetzt werden können. Durch die Kombination mechanischer, thermischer und chemischer Verfahren soll ein Technologiereifegrad von TRL 6 erreicht werden.

Ein besonderer Fokus liegt auf der Verbesserung der puzzolanischen Reaktivität von Müllverbrennungsaschen, Braunkohlenaschen-Stabilisaten sowie geeigneten Fraktionen aus Pfannenofen- und LD-Schlacken. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten zur Substitution primärer Bindemittelbestandteile, zur Reduktion prozessbedingter CO₂-Emissionen sowie zur Einbindung bislang deponierter Stoffströme in den mineralischen Stoffkreislauf.

Die Ergebnisse richten sich insbesondere an Baustoffhersteller, die Zement- und Betonindustrie, Entsorgungs- und Aufbereitungsunternehmen sowie Genehmigungs- und Fachbehörden. Sie liefern wichtige Impulse für Forschungseinrichtungen und Entwickler nachhaltiger Baustoffsysteme, die auf eine ressourceneffiziente und klimafreundliche Materialbasis angewiesen sind.