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Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherungen kritischer Verunreinigungen durch Recycling in der Glasproduktion

Seit Juli 2014 wird am Institut der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach das IGF-Forschungsvorhaben mit dem Thema „Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherungen kritischer Verunreinigungen durch Recycling in der Glasproduktion" (IGF/AiF-FV 18270 N) bearbeitet.

Alle Industriezweige sind heute gefordert, ihre Produktionsabläufe nachhaltig zu gestalten. Glas besitzt hier seit vielen Jahren eine Vorreiterrolle. So werden in vielen Ländern beim Behälterglas Recyclingquoten von mehr als 90 % erreicht. Dadurch sind in erheblichem Maße Rohstoffeinsparungen und Energieeinsparungen möglich. Nachhaltiges Wirtschaften ist immer eng verbunden mit Stoffkreisläufen wie dem Produktrecycling oder dem Recycling von Filterstäuben. In den dadurch aufgebauten Kreisläufen können sich Substanzen, die üblicherweise in vernachlässigbaren Mengen in den Prozess eingetragen werden, anreichern und so zu Qualitätsstörungen führen. Das gilt ganz besonders für Verunreinigungen in Altglasscherben. Viele der relevanten Stoffe unterliegen in industriellen Abläufen oder in Produkten behördlichen Auflagen, z.B. durch die TA-Luft oder die Verpackungsverordnung. Durch Anreicherung bei der Verwendung von recycelten Produkten oder Filterstäuben können sich auch geringe Mengen solcher Stoffe aufkonzentrieren und die Einhaltung vorgegebener Grenzwerte gefährden.
In der Vergangenheit haben sich eine Reihe von Forschungsprojekten und Publikationen mit den verschiedenen Aspekten des Recycling beschäftigt. Diese beziehen sich jedoch auf einen Zustand mit geringerer Recyclingquote und geringer Recyclingdauer, dem-entsprechend waren Veränderungen durch Anreicherungen (z. B. Chrom im Weißglas) noch nicht feststellbar. Weiter hat sich in den vergangenen Jahren die Schmelztechnik infolge sich verschärfender Emissionsgrenzwerte stark verändert. Neben neuen Schmelzaggregaten wie Brennstoff-Sauerstoff-beheizten Wannen hat sich auch in konventionell beheizten Öfen die Verbrennung in Richtung sauerstoffarmer Verbrennung bewegt. Beide Betriebsweisen bewirken eine fundamental andere Wechselwirkung zwischen der Ofenatmosphäre und den einschmelzenden Rohstoffen bzw. der Glasschmelze. Aufgabe des geplanten Forschungsvorhabens ist es eine geschlossene Beschreibung der Abhängigkeiten auszuarbeiten, eine repräsentative Bestandsaufnahme des Ist-Zustandes vorzunehmen und bei gegebenem Gefährdungspotential Strategien für Gegenmaßnahmen aufzuzeigen.
Die Arbeiten am Forschungsprojekt verteilen sich auf zwei Ebenen. Zum einen werden für die relevanten Elemente die Stoffströme analysiert. Dabei werden die Stoffströme im Schmelzprozess, am Standort und auf der Ebene des Produkt-Recycling betrachtet. Daten aus ersten Industrie-Messungen liegen vor und werden aufbereitet. Auf einer zweiten Ebene werden Modelle entwickelt, mit denen die Stoffströme und ihre Abhängigkeiten beschrieben werden können. Das Verhalten von Anreicherungen in Recycling-Kreisläufen lässt sich dabei gut durch gewöhnliche Differentialgleichungen beschreiben. Für die Abläufe im Schmelzprozess ist die Anwendung von partiellen Differentialgleichungen erforderlich, die Diffusion, Konvektion und chemische Reaktionen einbeziehen.