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Projekte BMBF-Initiative HighTechMatBau: DyfraCEM

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert auf der Grundlage des Rahmenprogramms «Vom Material zur Innovation» Forschungsprojekte zum Thema «Neue Werkstoffe für urbane Infrastrukturen – HighTechMatBau». Ein Teilprojekt in dieser Initiative ist das Projekt DyfraCEM, das sich mit der Gewinnung zementärer Wertstoffe aus Müllverbrennungsschlacken befasst.

Zement ist weltweit das wichtigste Bindemittel zur Errichtung zuverlässiger, dauerhafter und umweltfreundlicher Betonbauteile und -bauwerke. Da sein Verbrauch auch zukünftig weiter steigen wird, kommt der umweltverträglichen Zementherstellung eine enorme globale Bedeutung zu. Die Rohstoffe für die Zementherstellung sind jedoch begrenzt. Daher wird intensiv nach alternativen Bindemittelrezepturen gesucht, um eine nachhaltige und umweltfreundliche Baustoffversorgung garantieren zu können. So können Zemente schon lange Hüttensande oder Flugaschen (beides Nebenprodukte thermischer Prozesse) oder auch Kalksteinmehle zur Reduzierung des CO2 intensiven Portlandzementklinkers enthalten.

Das Projekt DyfraCEM geht noch einen Schritt weiter: Es befasst sich mit der Aufbereitung von Verbrennungsrückständen von Hausmüll, die dann frei von Schadstoffen der Weiterverwertung in Zementen zugeführt werden. Dabei kommt das Verfahren der «elektrodynamischen Fragmentierung» zum Einsatz, das einen selektiven Aufschluss der Müllverbrennungsschlacke bewirkt. Dadurch lassen sich metallische Bestandteile, Glas aber auch Schadstoffe wirksamer als bisher aus der Schlacke entfernen, was eine wichtige Voraussetzung für deren Nutzung als Baustoff ist. Umweltschonender Nebeneffekt: Die Deponien werden deutlich entlastet, weniger Deponiefläche muss neu geschaffen werden.

Die Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Fragmentierung der Müllverbrennungsasche in die verschiedenen Materialkomponenten noch nicht optimal ist. Außerdem stellt die sortenreine Trennung ein Problem dar. Metallische Gegenstände wie Schrauben o. ä. verursachen Störungen im Mahlprozess und können durch Korrosion zu Verfärbungen an Betonoberflächen führen, Glasreste können betonschädigend wirken. Vor allem aber hat fein verteiltes elementares Aluminium in der Schlackefraktion in den Leim- und Mörtelversuchen zur Gasbildung und damit zum Aufquellen der Probekörper geführt. Verschiedene Versuche, das Aluminium zu entfernen, waren erfolglos oder nicht praktikabel.

Somit ist die Anwendung fragmentierter Müllverbrennungsschlacken als Zumahlstoff in Portlandzementen aufgrund der mineralogischen Zusammensetzung ähnlich Flugasche und Hochofenschlacke zwar nach wie vor attraktiv, aber erst bei vollständiger Abtrennung des metallischen Aluminiums und des Glasanteils möglich.