Mit Hochspannung für den Materialkreislauf

In der Schweiz gibt es derzeit 29 Kehrichtverwertungsanlagen (KVA), die sämtliche nicht verwerteten Abfälle umweltschonend verbrennen.

Dabei geht aber mitnichten alles in Flammen auf: Rund 100 kg Schlacke mit unverbrannten Bestandteilen fallen in der Schweiz pro Person und Jahr an. Die Schlacke wird in der Regel deponiert, ist aber noch voller Wertstoffe. Der «Waste-to-Value»-Spezialist Selfrag AG geht dieses Problem an: Das Unternehmen hat im aargauischen Full-Reuenthal eine Pilotanlage errichtet, in der mit einem speziellen Verfahren Ressourcen wie Metalle – z. B. Eisen, Aluminium oder Kupfer – und Mineralien aus der Schlacke zurückgewonnen werden. «Löffel, Zweifränkler, Schrauben – es gibt kaum etwas, das nicht im Müll landet. Wir haben es zu unserer Aufgabe gemacht, so viele Wertstoffe wie möglich aus der Schlacke zurückzugewinnen», erklärt Jürgen Kalke, Elektroingenieur bei Selfrag.

Eine ausgeklügelte Spezialbehandlung

In Full-Reuenthal behandelt Selfrag aktuell 35 000 Tonnen Schlacke jährlich aus den Kehrichtverbrennungsanlagen Turgi, Renergia Luzern und Buchs. Die sogenannte Rohschlacke wird in den Materialbunker abgekippt und mit dem Kran in den «Grizzly», ein stattliches Rechensieb, transportiert. Dort bleiben die grössten Teile hängen. Danach geht es über Fördersysteme in die modular aufgebaute «Waste-to-Value»-Anlage. Mit Magnetabscheidern werden leichte Metallteile entfernt und die Schlacke wird gesiebt, bis die Zielfraktion mit maximal 40 mm grossen Bestandteilen übrigbleibt. Der Rest wird von Hand sortiert, dabei kommt auch Unverbranntes zu Tage und wird erneut der Kehrichtverbrennungsanlage zugeführt. «Unser Ziel ist es, Metalle und keramische Materialien im Umfang von 50 % der angelieferten Rohschlacke zurückzugewinnen», so Kalke.

Mit ausgeklügelten Siebverfahren kann Selfrag wertvolle Ressourcen – Metalle und Mineralien – aus der Kehrichtschlacke zurückgewinnen.

Dank der selbst entwickelten Hochspannungsfragmentierung kann Selfrag rund 20% mehr Wertstoffe aus der Schlacke zurückgewinnen als dies in anderen Anlagen der Fall ist.

Anschliessend passiert die Zielfraktion mehrere trockene und nasse Siebe und wird nach Grösse und Dichte klassiert. Eine Fraktion gelangt danach in das Herzstück der Anlage: Zwei von Selfrag entwickelte und patentierte 3,5-Tonnen schwere Generatoren trennen das Material mit blitzähnlichen Hochspannungsimpulsen weiter auf. Sie erreichen mit einem Kondensatorsystem eine Spannung von 200 kV und entladen sich bis zu 20-mal pro Sekunde. Diese Entladungen erfolgen in Wasser und verursachen einen sehr hohen Stromfluss. Der Strom fliesst an den Korngrenzen der Materialien entlang und trennt sie selektiv auf, unterstützt durch die Schockwelle. «Die Hochspannungsfragmentierung macht unsere Aufbereitung einzigartig und erlaubt uns, etwa 20 % mehr Material zurückzugewinnen als andere Anlagen», betont Kalke.

Schon lange begleitet uns Siemens. In der Regel sind elektronische Komponenten nicht für den Einsatz im Hochspannungsumfeld zertifiziert und so unterziehen wir die Bauteile diesen Härtetests selbst – die Produkte von Siemens bewähren sich dabei sehr gut.

Josef Mullis, Elektroingenieur, SF Elektro-engineering

Schrittweises Vorgehen in anspruchsvollem Umfeld

Die Wertstoffrückgewinnung ist komplex und aufwendig – so erstaunt es kaum, dass in der gesamten Anlage über 900 Feldgeräte wie Motoren, Ventile oder Sensoren verbaut sind. «Schon lange begleitet uns Siemens. In der Regel sind elektronische Komponenten nicht für den Einsatz im Hochspannungsumfeld zertifiziert und so unterziehen wir die Bauteile diesen Härtetests selbst – die Produkte von Siemens bewähren sich dabei sehr gut.»

Zuständig für das Engineering der Anlage war das Automationsunternehmen SF Elektro-engineering AG. «Wir haben von der Elektroplanung und Materialbeschaffung über die Programmierung der Software für die Steuerungen, Antriebe und WinCC sowie der Schnittstellen zu Fremdanlagen bis zur Inbetriebnahme alles erledigt», fasst Josef Mullis, Elektroingenieur bei SF Elektro-engineering, das anspruchsvolle Vorhaben zusammen. Dass die Anlage zeitgerecht fertig wurde, ist der Umsicht des Siemens Solution Partners aus Flums zu verdanken: «Während und nach der Pandemie haben wir unser Lager mit den wichtigsten Komponenten gefüllt und konnten so Selfrag zeitnah beliefern», erinnert sich Mullis. Diese vorausschauende Planung sei ein grosses Plus gewesen, bestätigt Kalke. Bewährt habe sich zudem der modulare Aufbau der Anlage: «Während die Elektroinstallateure in einem Bereich noch mit der Verdrahtung beschäftigt waren, konnten wir andere Anlagenmodule bereits testen. Dieses schrittweise Vorgehen erwies sich auch bei der dreimonatigen Inbetriebnahme als grosser Vorteil. Eine Herausforderung waren die rauen Umgebungsbedingungen, wie sie in der grossen Halle herrschen: Staub, Feuchtigkeit und Säuredämpfe in der Luft galt es beim Schaltschrankbau mit entsprechenden Schutzkonzepten abzuhalten.

Die Produktionsanlage wird mit einer Safety-CPU 1512F und einer S7-1517 gesteuert. Weitere Siemens-Steuerungen sind in drei Modulen und den Filterpressen in der Anlage verbaut.