Hochspannungslösungen für das Materialrecycling

In der Schweiz gibt es derzeit 29 Müllverbrennungsanlagen (WTE), die alle nicht wiederverwertbaren Abfälle auf umweltfreundliche Weise verbrennen.

Allerdings geht nicht alles in Flammen auf: Pro Person und Jahr fallen etwa 100 kg Schlacke an, die unverbrannte Bestandteile enthält. Die Schlacke wird normalerweise deponiert, aber sie enthält immer noch wertvolle Materialien. Der „Waste-to-Value“ -Spezialist Selfrag AG befasst sich mit diesem Problem: Das Unternehmen hat eine Pilotanlage in Full-Reuenthal, Aargau, gebaut, in der mithilfe eines speziellen Verfahrens Ressourcen wie Metalle — z. B. Eisen, Aluminium oder Kupfer — und Mineralien aus der Schlacke zurückgewonnen werden. „Löffel, 2-Franken-Münzen, Schrauben — es gibt kaum etwas, das nicht im Müll landet. Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, so viele wertvolle Materialien wie möglich aus der Schlacke zurückzugewinnen „, erklärt Jürgen Kalke, Elektroingenieur bei Selfrag.

Eine ausgeklügelte Spezialbehandlung

In Full-Reuenthal verarbeitet Selfrag derzeit jährlich 35.000 Tonnen Schlacke aus den Müllverbrennungsanlagen in Turgi, Renergia Luzern und Buchs. Die sogenannte Rohschlacke wird in den Materialbunker geworfen und mit einem Kran in das „Grizzly“ transportiert, ein großes Siebsieb, in dem die größten Teile zurückgehalten werden. Von dort wird es über Fördersysteme in die modulare „Waste-to-Value“ -Anlage transportiert. Leichtmetallteile werden mit Magnetabscheidern entfernt und die Schlacke wird gesiebt, bis die Zielfraktion mit Bestandteilen von nicht mehr als 40 mm übrig bleibt. Der Rest wird von Hand sortiert, sodass unverbranntes Material zum Vorschein kommt, das zurück zur Müllverbrennungsanlage geschickt wird. „Unser Ziel ist es, Metalle und keramische Materialien zurückzugewinnen, die 50% der angelieferten Rohschlacke ausmachen“, erklärt Kalke.

Dank der selbst entwickelten Hochspannungsfragmentierung kann Selfrag rund 20% mehr wertvolle Materialien aus der Schlacke gewinnen als andere Anlagen.

Die Zielfraktion durchläuft dann mehrere trockene und nasse Siebe und wird nach Größe und Dichte klassifiziert. Eine Fraktion dringt in das Herz der Anlage ein: Zwei 3,5-Tonnen-Generatoren, die von Selfrag entwickelt und patentiert wurden, trennen das Material weiter, indem sie blitzartige Hochspannungsimpulse verwenden. Mit einem Kondensatorsystem erreichen sie eine Spannung von 200 kV und entladen sich bis zu 20 Mal pro Sekunde. Diese Entladungen treten im Wasser auf und erzeugen einen sehr hohen Stromfluss. Der Strom fließt entlang der Korngrenzen der Materialien und trennt sie selektiv, unterstützt durch die Stoßwelle. „Die Hochspannungsfragmentierung macht unsere Verarbeitung einzigartig und ermöglicht es uns, etwa 20% mehr Material zurückzugewinnen als bei anderen Anlagen“, betont Kalke.

Siemens unterstützt uns schon lange. Normalerweise sind elektronische Komponenten nicht für den Einsatz in Hochspannungsumgebungen zertifiziert, also unterziehen wir die Teile selbst diesen strengen Tests — die Siemens-Produkte schneiden in diesem Zusammenhang sehr gut ab.

Joseph Mullis, Elektroingenieur, SF Elektrotechnik

Schrittweiser Ansatz in einem herausfordernden Umfeld

Die Rückgewinnung wertvoller Materialien ist komplex und anspruchsvoll — daher ist es kaum überraschend, dass die gesamte Anlage mit über 900 Feldgeräten wie Motoren, Ventilen und Sensoren ausgestattet ist. „Siemens unterstützt uns schon lange. Normalerweise sind elektronische Komponenten nicht für den Einsatz in Hochspannungsumgebungen zertifiziert, also unterziehen wir die Teile selbst diesen strengen Tests — die Siemens-Produkte schneiden in diesem Zusammenhang sehr gut ab.“

Das Engineering der Anlage wurde von der Automatisierungsfirma SF Elektro-engineering AG übernommen. „Wir haben uns um alles gekümmert — von der Elektroplanung und Materialbeschaffung über die Programmierung der Software für die Steuerungen, Antriebe und WinCC sowie die Schnittstellen zu externen Systemen bis hin zur Inbetriebnahme“, fasst Josef Mullis, Elektroingenieur bei SF Elektro-engineering, das ehrgeizige Projekt zusammen. Dass die Anlage termingerecht fertiggestellt wurde, ist der Weitsicht des Siemens Solution Partners aus Flums zu verdanken: „Während und nach der Pandemie haben wir unser Lager mit den wichtigsten Komponenten bestückt, sodass wir Selfrag zeitnah beliefern konnten“, erinnert sich Mullis. Kalke bestätigt, dass diese proaktive Planung ein großer Vorteil war. Der modulare Aufbau der Anlage erwies sich ebenfalls als effektiv: „Während die Elektriker in einem Bereich noch an der Verkabelung arbeiteten, konnten wir bereits andere Anlagenmodule testen. Diese schrittweise Vorgehensweise erwies sich auch während der dreimonatigen Inbetriebnahme als großer Vorteil. Eine Herausforderung waren die rauen Umgebungsbedingungen in der großen Halle: Staub, Feuchtigkeit und saure Dämpfe in der Luft mussten durch geeignete Schutzmaßnahmen von der Schaltanlage ferngehalten werden.“

Die Produktionsanlage wird von einer Safety-CPU 1512F und einer S7-1517 gesteuert. Zusätzliche Siemens-Steuerungen sind in drei Modulen und den Filterpressen innerhalb der Anlage installiert.