Vom Abfall zum Wertstoff

Ein Abfallprodukt, das der Zementindustrie seit Jahrzehnten Kopfzerbrechen bereitet, ist Kohlendioxid. In dem Pilotprojekt CO2MIN wird das Treibhausgas wieder eingefangen und als Zuschlagstoff für die Produktion von Baustoffen eingesetzt. So entsteht aus einem klimaschädlichen Abfallprodukt ein nachhaltiger Rohstoff, der als marktfähiges Produkt völlig neue Geschäftsideen und -modelle ermöglicht. Beim Begriff „Abfall“ denken viele direkt an Müll. Deutschland ist Weltmeister im Mülltrennen: Doch nur 40 Prozent des Plastikmülls werden am Ende recycelt, der Rest wird verbrannt. Ähnliches gilt für Elektro-Altgeräte: Nur rund ein Drittel des erzeugten Elektroschrotts wird wiederverwertet, große Mengen an wertvollen, teils seltenen Rohstoffen gehen verloren. Oft fehlt es an Kommunikation zwischen den beteiligten Akteuren, um gemeinsam neue Geschäftsfelder zu entdecken und dabei noch Ressourcen zu sparen. Das im Harz angesiedelte Projekt Recyling 2.0 füllt mit seiner „Wertstoffwende“ diese Lücke: Aus Abfällen werden Wertstoffe. Viele kleine und mittlere Unternehmen ziehen an einem Strang, sodass eine ganze Region zu einem Leuchtturm für Nachhaltigkeit geworden ist.

Kohlendioxid nutzen, Rohstoffe sparen – und neue Geschäftsfelder entdecken!

Die Herstellung von Zement setzt große Mengen an CO2 frei. HeidelbergCement geht in dem BMBF-geförderten Verbundprojekt CO2MIN neue Wege: Das klimaschädliche Gas soll in Gestein mineralisiert und anschließend als Zuschlagstoff für die Bauindustrie eingesetzt werden. Das spart Rohstoffe und verbessert die CO2-Bilanz der Zementindustrie.

„Versteinern statt freisetzen“ – so kurz und knapp lässt sich das Projektziel von CO2MIN formulieren, an dem mit HeidelbergCement eines der weltweit größten Baustoffunternehmen beteiligt ist. Die Idee dahinter: Die Zementindustrie verantwortet etwa fünf Prozent des weltweiten Ausstoßes von Treibhausgasen wie Kohlendioxid. Um klimafreundlicher zu werden, hat sie bisher insbesondere durch die Verbesserung der Energieeffizienz und den Einsatz von alternativen Brennstoffen Fortschritte erzielt, aber die Möglichkeiten stoßen mittelfristig an praktische Grenzen. „Um die CO2-Emissionen in Zukunft noch weiter absenken zu können, müssen wir neue Ansätze entwickeln und testen“, erklärt Jan Theulen, Direktor Alternative Rohstoffe bei HeidelbergCement, und fügt hinzu: „Einer davon ist die Bindung von CO2 durch Mineralien.“ Fachleute sprechen von Karbonatisierung und anschließender Mineralisierung: Große Mengen an CO2 aus der Zementherstellung werden wieder „eingefangen“ und in Gestein mineralisiert, beispielsweise im heimischen Olivin-haltigen Basalt. Die so karbonisierten Mineralien könnten künftig als Zuschlagstoffe für die Produktion von Baustoffen eingesetzt werden und so könnte der Kohlenstoff wieder in den Kreislauf gelangen. So lässt sich nicht nur die Kohlendioxid-Bilanz der Zementindustrie verbessern, sondern aus dem Abfallprodukt CO2 ein nachhaltiger Rohstoff gewinnen – für die Industrie eine vielversprechende Möglichkeit, um sich von fossilen Rohstoffquellen unabhängiger zu machen, und zugleich ein kluger Schachzug mit Blick auf die Senkung von CO2-Emissionen. „Mit diesem Pilotprojekt unterstützt das Bundesforschungsministerium erstmals in Deutschland die Forschung zur Karbonatisierung und Mineralisierung – insofern ist es auch für PtJ ein besonderes Projekt“, sagt Dr. Stefanie Roth, die bei PtJ die BMBF-Förderrichtlinie „CO2 Plus – Stoffliche Nutzung von CO2 zur Verbreiterung der Rohstoffbasis“ betreut. Deutschland gehöre zwar im Themenspektrum
CO2-Nutzung zu den Technologieführern, allerdings war die Karbonatisierung noch ein weißer Fleck auf der Förderlandkarte des BMBF. Andere europäische Länder weisen in diesem Bereich schon vielversprechende Ergebnisse vor: „So gibt es beispielsweise in Großbritannien und Frankreich erste Kommerzialisierungen – entstanden aus Projekten, die ursprünglich staatlich subventioniert worden sind“, erklärt Roth.

Die deutsche Zement- und Bauindustrie verfolgt die internationale Entwicklung sehr genau, zumal viele Vertreterinnen und Vertreter hiesiger Unternehmen in internationalen Konsortien sitzen. „Die Beteiligten sind in der Vergangenheit immer wieder auf uns zugekommen und haben nachgefragt, warum es zu dem Thema in Deutschland keine Forschungsförderung gibt“, erzählt Roth. Daraus entstanden ist schließlich ein Dialog
zwischen BMBF, PtJ und weiteren Experten – mit dem Ergebnis, das CO2MIN-Verbundvorhaben beispielhaft auf den Weg zu bringen: Neben HeidelbergCement sind noch mehrere Institute der RWTH Aachen beteiligt. Unterstützt werden sie vom Potsdamer Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) und dem niederländischen Start-up Green Minerals. „Das Projekt ist offiziell zum 1. Juni 2017 gestartet. Und schon jetzt können wir von einem Erfolg reden“, resümiert Roth. CO2MIN habe in der Community für viel Aufmerksamkeit gesorgt und mache gute Fortschritte. „Deshalb hat sich das BMBF entschieden, eine Bekanntmachung mit einem Schwerpunkt Mineralisierung auf den Weg zu bringen – betreut von PtJ“, so Roth. Für sie besonders bemerkenswert: Zwar rückt mit CO2MIN die Zement- und Baustoffindustrie in den Mittelpunkt, untersucht werden aber auch andere Produkte, beispielsweise aus Stahlschlacken. „So kann man sich auch künftig Projekte vorstellen, die Stahlwerke und Chemieindustrie verknüpfen – da ergeben sich völlig neue Geschäftsideen und -modelle.“ Dadurch werde eine Wertschöpfung erreicht, die in dem klassischen sektoralen Denken nicht umzusetzen wäre – eben auch um EU-Vorgaben und Klimaziele zu erreichen, und die Rohstoffproblematik zu entschärfen.

Neues Geschäftsmodell für die Baustoffindustrie

Mit dem Projekt CO2MIN übernimmt HeidelbergCement eine Vorreiterrolle bei der Karbonatisierung und Mineralisierung von Kohlendioxid. Die Idee stößt bei vielen anderen Firmen und Verbänden auf großes Interesse. „Dass die Unternehmen nun ihr ausgestoßenes Kohlendioxid benutzen können, um eigene Karbonate für die Kalkherstellung zu mineralisieren, ist ein ganz neuer Ansatz“, erklärt Roth. Bisher mussten sie die Karbonate dazu kaufen. „Da tun sich für viele Unternehmen ganz neue Geschäftsmodelle auf“, sagt die PtJ-Mitarbeiterin.

Die Zementindustrie hat sich verpflichtet, bis zum Jahr 2050 85 Prozent ihrer Emissionen zu neutralisieren – ein ehrgeiziges Ziel, das Theulen von HeidelbergCement durchaus für realistisch hält. Er geht davon aus, dass 10 bis 20 Prozent auf die stoffliche Nutzung von Kohlendioxid entfallen. In CO2MIN stehen mit Olivin-haltigem Basalt zunächst heimische Mineralien im Fokus, die Kohlendioxid über ihren gesamten Lebenszyklus binden. Der normale Mineralisierungsprozess zieht sich allerdings über Jahre hin, die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hingegen benötigen im Labor nur wenige Stunden, bis die Mineralien mit dem Treibhausgas gesättigt sind. „Im Labormaßstab funktioniert es schon sehr gut“, freut sich Theulen. Neben geeignetem Basalt testen die Forscherinnen und Forscher auch Abfallprodukte wie Stahlschlacke oder Braunkohleasche. „Natürlich müssen Wege gefunden werden, damit der gesamte Prozess wirtschaftlich wird – nicht heute oder morgen, aber mittelfristig“, sagt Theulen. Und auch die gesellschaftliche Akzeptanz müsse sichergestellt werden: „Die beste Technologie nützt nichts, wenn die Menschen sie ablehnen“, so Theulen. An dieser Stelle ist vor allem die Expertise des Potsdamer Instituts IASS gefragt. „Das Institut verfügt bereits über langjährige Erfahrung im Bereich Wirtschaftlichkeit und stoffliche Nutzung von Kohlendioxid“, erklärt Roth, die seit 2013 für das Thema CO2-Nutzung bei PtJ verantwortlich ist. Als das BMBF vor gut acht Jahren die erste Fördermaßnahme dazu gestartet hat, hat kaum jemand das Thema ernst genommen: „Alle waren überzeugt davon, dass man das Treibhausgas CO2 nicht als Baustein verwenden kann. In den Firmen haben wir gegen Windmühlen gekämpft und mussten sehr viel Überzeugungsarbeit leisten. Wir haben immer wieder Workshops veranstaltet, immer wieder Experten eingeladen ...und der stete Tropfen höhlt bekanntlich den Stein. Heute, acht Jahre später, haben wir alle relevanten deutschen Firmen an Bord.“ Umso erfreuter ist die promovierte Chemikerin, dass sie ihr Know-how aus den vergangenen Jahren nun in die neue BMBF-Förderbekanntmachung einbringen kann, damit auch dieser weiße Fleck auf der BMBF-Förderlandkarte mit neuen Ansätzen und Ideen gefüllt wird.

Alles Müll oder was?

Eine ganze Region im Harz hat sich mit „Recycling 2.0 – Die Wertstoffwende“ auf den Weg gemacht, Rohstoffe aus Abfällen wieder nutzbar zu machen. Beispielhaft wird Elektroschrott gesammelt und zerlegt, Recyclingunternehmen vor Ort verarbeiten die gewonnenen Wertstoffe wieder zu Rohstoffen. Mit von der Partie: vier Hochschulen aus drei Bundesländern, diverse Unternehmen, engagierte Bürgerinnen und Bürger – und Kinder.

Für Prof. Jürgen Poerschke ist sie ein Herzensprojekt und für die Region Harz ein Leuchtturm der Recyclingwirtschaft: die „Wertstoffwende“. Den Namen hat sich die Hochschule Nordhausen als Wort-Bild-Marke längst schützen lassen, eine Metall-Stele auf dem Campusgelände erzählt von dem Engagement und der Innovationskraft der beteiligten Hochschulen und Unternehmen einer Region, die seit Jahrhunderten als Bergbaurevier bekannt ist und nun neue Wege geht, um die Folgen des Niedergangs der alten Bergbau- und Hüttenaktivitäten und den damit verbundenen Strukturwandel abzufedern.

„Die Energiewende ist in aller Munde, mit unserer Wertstoffwende verfolgen wir im Grunde dasselbe Ziel“, erklärt Poerschke. Es gehe darum, Ressourcen zu schonen und Emissionen zu reduzieren. Allerdings gebe es in der Wertstoffwende keine Sonne, die kontinuierlich Energie ins System führt: „Stattdessen haben wir die Kreislaufwirtschaft. Sie eröffnet die Chance, jene Rohstoffe, die wir bereits erschlossen, abgebaut und gewonnen haben, zu recyceln, indem wir sie in den Stoffkreislauf rückführen, aufbereiten und erneut verwerten“, erklärt Poerschke. Um diese Strategie durchzusetzen, müsse der Mensch allerdings zunächst begreifen, dass alles, was er kauft, verwertet und entsorgt, kein Abfall sei, sondern Wertstoff. Und Kreislaufwirtschaft funktioniere eben nur dann, wenn deutlich mehr Wertstoffe zurück in den Stoffkreislauf gelangen: „Wird nichts rückgeführt, kann auch nichts verwertet und aufbereitet werden“, bringt es der Wissenschaftler auf den Punkt. Deshalb setze das Projekt Recycling 2.0 als ein Puzzleteil der Wertstoffwende bei der Rückführung an.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Neben der Hochschule Nordhausen als Koordinator gehören noch die Technische Universität Clausthal, die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und die Hochschule Magdeburg-Stendal zu dem transdisziplinären Pilotprojekt, das das Bundesforschungsministerium fördert und PtJ begleitet. Alle vier Einrichtungen decken sehr unterschiedliche Kompetenzen ab, die sämtliche Bereiche der sekundären Wertstoffkette berühren. „Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Ingenieuren und Psychologen können nicht nur verfahrenstechnische Fragestellungen der Sekundärrohstoffaufbereitung bearbeitet, sondern bereits die gezielte Rückführung von Wertstoffen beim Erzeuger effizienter gestaltet werden“, erklärt PtJ-Mitarbeiterin Frauke Lönnecker und ergänzt: „Der Kreislaufgedanke übernimmt eine tragende Rolle.“ Sie sei immer wieder erstaunt, wie gut das breit aufgestellte Netzwerk mit über 100 Akteuren funktioniere. „Hier ziehen alle an einem Strang und haben nicht sich selbst, sondern ein gemeinsames Ziel im Fokus!“

Schwer zu mobilisieren: die 30- bis 50-Jährigen

In Recycling 2.0 geht es unter anderem konkret darum, die Rückführungsquote von Elektroschrott zu erhöhen und exemplarisch Optimierungspotenziale bei der Verwertung aufzuzeigen. Damit sich das Prozedere wirtschaftlich für die Region überhaupt rechnet, braucht es eine kritische Menge an Elektroschrott, um die gewünschte Menge an Rohstoffen zu gewinnen. Über verschiedene Bring- und Holsysteme versuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Bürgerinnen und Bürger sowie auch Unternehmen zu bewegen, ausgediente Elektrogeräte in die dafür vorgesehenen Sammelstellen zu bringen: „Das ist uns bereits mithilfe der Expertise der Magdeburger Umweltpsychologen gelungen: Sie wissen, wie sie die Menschen dahingehend motivieren, dass sie ihre ausgedienten und kaputten Handys, Bohrmaschinen oder Mixer wieder zurückgeben“, so der Nordhäuser Professor. Denkbar seien beispielsweise materielle und soziale Anreize oder einfach nur die richtige Aufklärung.

Bei ihren Feldstudien haben die Forscherinnen und Forscher eine erstaunliche Feststellung gemacht: Es gibt eine Altersgruppe, die schwer zu mobilisieren ist: die 30- bis 50-Jährigen. „Die erreichen wir tatsächlich nur über Umwege, nämlich über die Kinder“, sagt Poerschke. Deshalb habe das Projekt bewusst eine Bildungsoffensive in Kindergärten und Schulen gestartet, um auch die Jüngsten für das Thema zu sensibilisieren – mit 3D-Brillen, 360-Grad-Videos und eindrücklichen Beispielen. „Allerdings war es sehr mühsam, in Abhängigkeit von den Lehrenden den Zugang zu den Schülern zu bekommen. Daraufhin haben wir in Absprache mit PtJ unseren Arbeitsplan präzisiert und richten nun ergänzend zu den Schulaktivitäten ein Bildungskabinett ein“, erklärt Poerschke. Künftig wolle man Schülerinnen und Schüler sowie Studierende zu sich einladen – möglichst auf den Hochschulcampus. „Diesen direkten örtlichen Anlaufpunkt planen wir gerade und klären, wie passende Lernmodule und -methoden aussehen.“ Der engagierte Professor ist sich sicher: „Hat man erst einmal die Jüngsten an Bord, lässt sich die Kreislaufwirtschaft etablieren – denn die Kinder von heute sind die Zukunft von morgen!“

Tantal: Hightech-Rohstoff landet im Restmüll

Ob im Mobiltelefon, im LCD-Bildschirm oder im Knochennagel: Tantal steht hoch im Kurs und kommt selten vor. Ganze Industriezweige sind von dem Rohstoff abhängig. Den Hightech-Werkstoff, der 1903 erstmals in reiner Form hergestellt wurde, findet man überwiegend in Afrika und Australien, aber auch Kanada und Brasilien verfügen über große Reserven. Anfänglich wurde Tantal als Werkstoff für Glühfäden und als Zusatz in Radioröhren eingesetzt, heute ist er aus der Hochleistungselektronik, etwa Mikrokondensatoren, nicht mehr wegzudenken. Durch den steigenden Einsatz der Mikroelektronik in Produkten wie Mobiltelefonen und Automobilen sind etwa 60 Prozent der geförderten Jahresmenge (1.400 Tonnen/Jahr weltweit) an solche Produkte gebunden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ausgerechnet, dass allein im Restabfall der Deutschen etwa drei Prozent der weltweit jährlich produzierten Menge Tantal landen.

Hinweis

Die Texte stammen aus dem Dossier „Zirkuläre Wirtschaft“ des PtJ-Geschäftsberichts 2017.

Redaktion:

  • Projektträger Jülich
  • Katja Lüers

Bildnachweise


  • Bild „Vom Abfall zum Wertstoff“: Radachynskyi/iStock/thinkstock
  • Bild „Neues Geschäftsmodell für die Baustoffindustrie“: HeidelbergCement AG/Steffen Fuchs
  • Bild „Alles Müll oder was?“: ©iStock.com/baranozdemir
  • Bild „Tantal“: welcomia/iStock/thinkstock

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