Mit Pyrolyse ran an die gemischten Kunststoffabfälle

Das Entsorgen und damit auch das Wiederverwerten von Kunststoffen, sei es in Bereichen wie der Medizin, der Nahrungsmittel- oder Elektrofahrzeugherstellung, ist eine der großen Herausforderungen der Branche. Die dabei anfallenden gemischten Kunststoffabfälle sind meist nicht mechanisch zu recyceln und werden zu einem Großteil in Betonwerken und Müllverbrennungsanlagen (MVAs) verbrannt oder landen auf Deponien: in Europa fast 20 Mio. Jahrestonnen. Weltweit werden 12 % des Kunststoffmülls verbrannt. 79 % der Abfälle landen auf der Deponie. Welche Technologien können dabei helfen, das zu ändern?

Um den Wertstoff Kunststoff wieder in den Kreislauf zurückzuführen, hat Tubis ein Pyrolyse-Verfahren auf Basis „Plastic to Oil“ entwickelt. Dieses trennt gemischte Kunststoffabfälle in schwefelarmes Öl, Koks und Gas. Das Öl dient als Ausgangsstoff für industrielle Anwendungen wie Kunststoffe, Schmierstoffe, Gummi oder Düngemittel. Das Gas wird zum fortwährenden Aufheizen der Anlage genutzt, der laufende Pyrolyse-Betrieb braucht kein externes Gas mehr. Mit dem Verfahren lassen sich somit die Anteile des unsortierten Hausmülls, die bisher als Ersatzbrennstoff (EBS) genutzt werden, verwerten.

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Das Pyrolyseverfahren findet in einem geschlossenen Prozess statt und ist eine saubere und geräuscharme Industrieanlage. Das heißt, es entstehen weder Abgase noch Verschmutzung durch Staub. Das Material wird kontinuierlich unter Absicherung einer sauerstofffreien Umgebung und unter Überschuss von Stickstoff eingebracht. Im Verfahren wird ein Reaktor mit drehender Schnecke eingesetzt, die eine besondere Geometrie besitzt. Dadurch wird ein optimaler Wärmeübergang des Einsatzproduktes an der Reaktorwand und eine gute Durchmischung garantiert. Die Drehzahl der Schnecke ist veränderbar, um die Verweilzeit im Reaktor zu steuern.

Durch den Einsatz eines Heißgaserzeugers und von Luftkanälen mit Klappensteuerung entstehen drei Heizzonen im Reaktor. Das überschüssige Offgas aus der Destillation wird als Heizgas im Heißgaserzeuger verbrannt, wodurch der Einsatz von fossilen Brennstoffen wie Erdgas oder auch Propangas stark reduziert werden kann. Das erzeugte Pyrolysegas wird in eine mehrstufige Destillationskolonne geleitet und kann dort zu vier unterschiedlichen flüssigen Endprodukten verarbeitet werden. Die Fraktionierung kann entsprechend angepasst werden. Die Bauart des Reaktors und des angeschlossenen Koksaustragssystems garantieren einen kontinuierlichen Prozess und verhindern das Eindringen von Sauerstoff in den Reaktor.

• Stufe 1: In einem Schleusensystem wird dem Kunststoff der Sauerstoff entzogen.
  
  
• Stufe 2: Die organischen Verbindungen werden durch sauerstofffreie Erhitzung bei 420 bis 430 °C aufgespalten. Dabei entstehen Gas und Koks.
  
  
• Stufe 3: Das gewonnene Pyrolyse-Gas wird durch eine Destillationsanlage in unterschiedliche „Siedeschnitte“ (beispielsweise Naphta, Diesel, Schweröl) umgewandelt. Das Koks wird an die Stahlindustrie verkauft.

Pro Reaktor lassen sich bis zu 24.000 t Kunststoffabfälle im Jahr wiederverwerten. Durch das kontinuierliche Eintragssystem mit einer Leistung von 3 bis 4 t/h kann die Anlage nahezu im Dauerbetrieb, das heißt, bis zu 8.000 Jahresstunden, laufen.

Im Jahr beläuft sich die Wärmeenergie auf 4.800 MWh. Bei der Elektrizität sind es 800 MWh im Jahr.

Petrochemische Produkte zur Weiterverarbeitung in der Industrie: Bei gemischten Kunststoffabfällen sind dies 50 %, bei PE- oder PT-Abfällen bis zu 60 % des Outputs. Der Output für das Weiterverarbeiten in der Industrie teilt sich auf in:

• Schweröl 28%
• Paraffin / Wachs 26%
• Naphta / Rohbenzin 32%
• Diesel 14%

Die petrochemischen Produkte können nach den Anforderungen der Industrie „zugeschnitten“, das heißt entsprechend destilliert werden. Hierbei geht es um die Zusammensetzung der Siedeschnitte, beziehungsweise was für Kohlenstoffketten in dem Mix enthalten sein sollen: also von leichten Benzinen hin zu schweren Ölen.

Die restlichen 50% des Outputs entfallen auf Gas (circa 18 %), Abwasser (circa 7 %) und Koks (circa 25 %). Die nicht destillierten Gase werden gereinigt und für den Heißgaserzeuger zur Beheizung der Anlage genutzt. Außer für das initiale Anheizen der Anlage wird kein weiteres Gas für den Betrieb benötigt. Ein energiesparender Prozess.

Die anderen Reststoffe fallen pro Reaktor in folgenden Mengen an:

• Koks circa 6.000 t/Jahr. Es wird an die Stahlindustrie verkauft.
• Abwasser circa 4.800 t/Jahr. Es geht in eine normale Kläranlage.

Die erste Pyrolyseanlage von Tubis steht in Bulgarien. Die Anlage wurde erfolgreich getestet, die finale Genehmigung wird derzeit erwartet. Aktuell wird sie im Wesentlichen zu Testzwecken angeschaltet. Im Betrieb der Anlage wurde der Nachweis erbracht: Die Pyrolyse gemischter Kunststoffabfälle nach dem Tubis-Verfahren funktioniert reibungslos.

Ein zweites wurde nachgewiesen: Das Pyrolyse-Verfahren arbeitet wirtschaftlich. Die Verantwortlichen bei Tubis haben daher entschieden, den Rollout in der Fläche zu starten: in Schritt 1 in Deutschland, in Schritt 2 in weiteren europäischen Ländern wie zum Beispiel Spanien.

Die erste Tubis-Anlage in Deutschland soll in Hannover entstehen. Der Genehmigungsantrag nach § 17. Bundesimmissionsschutzgesetz (17. BImSch) wurde bereits vor vier Jahren gestellt, die Genehmigung wird für das erste Quartal 2023 erwartet. Die Anlage selbst entspricht dem Design der bulgarischen Anlage und kann unmittelbar ausgerollt werden.

Weitere Pyrolyse-Standorte in NRW, Thüringen, Sachsen-Anhalt und Bayern sind geplant. Mittelfristig plant das Unternehmen, überall dort regionale Standorte aufzubauen, wo Müllverwertungsgesellschaften oder andere Industriepartner gemischte Plastikabfälle entsorgen müssen.

Die Tubis-Pyrolyse ist eine dezentral nutzbare Technologie: Kunststoffe können daher ortsnah verwertet und Recyclingprodukte nahe ihrem Verbrauchsort hergestellt werden. Das Unternehmen hat sich Wertstoffströme an den geplanten Standorten ebenso langfristig gesichert wie starke Abnahmepartner aus der Industrie.

Quelle: Tubis