Netzwerkschwerpunkte

Für den Anlagenbau und den Einsatz spezieller neuer Verfahrenstechnik in neuen Anwendungsfeldern mit teilweise noch nicht hinreichend bekannten Rahmenparametern sind neben den grundsätzlichen Kompetenzen in der Verfahrenstechnik besonders anwendungstechnisches Knowhow und Erfahrungen in artverwandten Einsatzgebieten notwendig. Ergänzend sind zur Entwicklung und Überprüfung von gewünschten Prozessparametern durch Simulationen und labortechnische Vorversuche in Verbindung mit der Forschung entsprechende Erkenntnisse zu gewinnen, um eine ausreichende Anlagenplanung zu ermöglichen. Die unterschiedlichen Prozessschritte aus mechanischer Aufbereitung, thermischen und biologisch/chemischen Prozessen bis hin zur Datenanalyse und Automatisierung und Energieeffizienz spielen gerade in diesem Kontext sehr komplex zusammen und sind ideal in einem Netzwerkteam zu lösen. Neben den generell benötigten Kompetenzen liegt hier ein besonderer Know-how-Schwerpunkt in folgenden Einsatzbereichen: 

• Anlagen für thermische Prozesse 
• Anlagen für mechanische Aufbereitung 
• Anlagen zur Stoffsynthese 
• Anlagen zur Stoffumwandlung 
• Anlagen zur Energieverarbeitung 
• Verfahren zum effizienten Einsatz natürlicher Rohstoffe im Bauwesen 

Die Grundidee der Wiederaufbereitung von „Altmaterialien“ ist es, die Refabrikationsrate zu erhöhen, um eine effizientere und Stoff schonende Verwendung von Rohstoffen zu ermöglichen. Die Demontage und Verkauf alter Bauteile als Ersatzteil über eine digitale Plattform ist ein entsprechender Ansatz. Die Wiederaufbereitung in Kombination mit Erneuerung (Beispiel Fitnessgeräte) ermöglicht eine wesentlich stärkere Nutzung, erfordert aber neue Prozesse zur Umsetzung. Eine andere Notwendigkeit zeigt sich z.B. in Form von entsprechend für die Anwendung geeignet aufbereiteten Materialien. So ist Biokohle sowohl in Zusammensetzung als auch Korngröße sehr unterschiedlich vorzubereiten, je nachdem ob es als CO2-neutraler Ersatzbrennstoff im Kraftwerk oder im Zementwerk eingesetzt werden soll. Mit zusätzlichen Prüf- und Überwachungsverfahren ist die Qualität des zu erreichenden Brennprozesses sicher zu stellen. Ebenso benötigt beispielsweise der Prozess zur Gewinnung von Phosphat einen vorgeschalteten speziellen Trocknungs- und Verarbeitungsprozess, damit die notwendigen Eingangsparameter eingehalten werden können. Auch hier ist eine enge Abstimmung der Prozessbeteiligten notwendig, die durch die Kombination der Kompetenzen im Netzwerk gegeben ist. Neben dem Basiswissen liegt ein besonderer Schwerpunkt auf den folgenden Themengebieten: 

• Anlagen zum Reinigen und schreddern sowie Pellet-Formung von Kunststofffolien 
• Anlagen zur Zerkleinerung von Bio-Kohle für diverse Anwendungen 
• Aufbereitung von Methanol zur Verwendung in einer Brennstoffzelle 
• Sortierverfahren für Kunststoffmüll 
• Trocknungsverfahren für Klärschlamm und Gärreste 
• Aufbereitung von speziellen Altgeräten inklusive Ergänzung mit technischen Bauteilen 
• Verfahren zur Rückgewinnung von speziellen Halbleitern bzw. integrierten Elektronikbaugruppen zur Wiederverwertung 

Die Synthese und Aufbereitung von Recyclingmaterial zur Rohstoffrückgewinnung setzt voraus, dass Inputmaterial in ausreichender Menge und Zusammensetzung bereitgestellt wird und dafür die notwendigen Logistik- und Prüfprozesse existieren. Gerade hier sind aber mangels ausreichend verbreiteter Anwendungen bislang noch keine hinreichenden Netzwerk- bzw. Logistikkonzepte vorhanden, um die angestrebten Verarbeitungsmengen sicherzustellen. Weiterhin existieren weltweit sehr unterschiedliche Rahmenbedingungen (z.B. Schwellenländer und Europa), die bei der Nutzung und Verfügbarkeit der Eingangsmaterialien sowie deren geeigneter Zusammensetzung zu berücksichtigen sind. In gleicher Weise trifft dies für die Logistik und Vermarktungsplattformen für bereits zurückgewonnene Rohstoffe zu. Wenn Kreislaufwirtschaften mit den hierzu angestrebten und zu entwickelnden Verfahren wirtschaftlich funktionieren sollen, ist die Kenntnis über erforderlichen die Logistik- und Prüfprozesse eine Voraussetzung, die im Netzwerk, in Kombination mit den Kompetenzen aus der Verfahrenstechnik, für ausgewählte Märkte bzw. Kreislaufsysteme gegeben ist. Die Kompetenzschwerpunkte des Netzwerkes hinsichtlich der Kreislauflogistik liegen in den Bereichen: 

• Rohstoffverwertung: Verfahren und Prozesse zur Bereitstellung recycelter Rohstoffe 
• Wiedervermarktung von Rohstoffen 
• Neue digitale Vermarktungsplattformen für recycelte Rohstoffe 

Die besondere technologische Herausforderung bei der Entwicklung von prozesstechnischen Anlagen liegt einerseits in der Komplexität der funktionalen Zusammenhänge und ist andererseits in der Zielsetzung begründet, neue Stoffe und neue anwendungstechnische Möglichkeiten und damit bessere Voraussetzungen im Sinne der Kreislaufwirtschaft zu schaffen. Ein Beispiel ist die Idee zu einem Aufbereitungsverfahren, mit dem über Zwischenschritte Methanol direkt in eine Brennstoffzelle eingespeist werden soll, um damit wesentlich effizienter und umweltschonender Strom zu erzeugten. Hierzu sind völlig neue Verfahrensschritte und Materialkombinationen notwendig, die interdisziplinäre Zusammenarbeit erfordern. Der Plan zur Entwicklung einer speziellen, großtechnisch und wirtschaftlich funktionierenden Anlage für die Transformierung von Kunststoffmüll zum Rohstoff ist ein vergleichbar gelagertes Beispiel. Hier sind in einem „Quantensprung“ der Verfahrenskombination sowohl neue Verdampfer-Techniken als auch Abscheide- und Carbonisierungs-Techniken im Zusammenspiel mit einem hohen Automatisierungsgrad zu entwickeln, was bei einem für die Massenproduktion geeigneten Durchsatzvolumen zu völlig neuen technologischen Ansätzen führen muss. 

FuE-Aufgaben und Innovationsgehalt: 

• Analyse und Prozessteuerung: Anpassung von Bio-Kohle / Abfallpellets
  zur Eignung als Ersatzbrennstoff. 
• Entwicklung einer Anlagentechnik zum Einsatz von Synthesegas / Biogas / Methanol als Vorstufe zum Input für Brennstoffzellen, um z.B. BHKW in Biogasanlagen zu ersetzen, um eine deutlich höhere Wirtschaftlichkeit und wesentlich verbesserte Umweltverträglichkeit zu erreichen. Prüfung des Verfahrens hinsichtlich des Einsatzes in anderen, neue Anwendungsfeldern. 
• Entwicklung einer Anlage zur Produktion von BIO-Methanol aus organischen Abfällen. 
• Entwicklung eines neuen Kombi-Verfahrens zur Steigerung des Wirkungsgrades von Wärmepumpen in unterschiedlichen Lastmodi zur effizienteren Nutzung der natürlichen Ressourcen. 
• Entwicklung einer praxistauglichen großtechnischen Anlage eines Recyclingverfahrens, um speziell den mit Organik verunreinigter Kunststoffmüll derartig in einem thermischen Verfahren aufzubereiten, dass aus dem Kunststoff nach dem Prozess wieder das Öl als Rohstoff zurückgewonnen und gleichzeitig im angeschlossenen Folgeprozess die Biomasse in Biokohle umgewandelt wird. Ziel ist hierbei eine großtechnische Anlage für einen wirtschaftlichen Betrieb mit einem Durchsatz von bis zu 100 Tonnen/Tag, differenziert in Varianten für den Einsatz in unterschiedlichen Märkten wie Europa einerseits und Schwellenländern mit differenzierten Anforderungen andererseits. 

Auf dem Weg, Rohstoffe aus Abfall – mit der Intention einer optimalen Wiedereinspeisung in den „Kreislauf“ – in einer möglichst reinen Form zurückzugewinnen, kommt der Sortierung und Aufbereitung eine zentrale Bedeutung zu. Größtes Hindernis ist oftmals die in vielen Prozessketten entstehende Vielzahl an unterschiedlichen Produktvarianten. Dies wird am Beispiel von „Elektro-Schrott“ deutlich: Von der Elektronik-Platine, wo wertvolle Halbleiterbauteile demontiert werden sollen, bis hin zu Aufbereitung von Bildschirmen oder der Verwertung von Kabeln sind sehr differenzierte Vorgänge zu berücksichtigen, wo derzeit noch keine optimalen Standardverfahren zur Verfügung stehen, um z. B. das wertvolle Rohmaterial wiederzugewinnen. Um solche, sehr produktspezifische Verfahren bei stetig wachsendem Potenzial und andererseits begrenzten Ressourcen großflächig und wirtschaftlich einsetzen zu können, sind technologische Anstrengungen und neue Wege erforderlich. Dass die Kombination „umweltschonend und damit und überhaupt wirtschaftlich“ das Potential hat, neue Märkte zu erschließen, zeigt die Idee zu einem vereinfachten Verfahren zur Aufbereitung von Landwirtschaftsfolien, wo sich die bislang bekannten Anwendungen auf Grund eines zu hohen Energie- und Wasserverbrauchs nicht durchsetzen konnten, aber grundsätzlich ein hohes Wiederverwertungspotenzial und Kundeninteresse vorhanden ist. 

FuE-Aufgaben und Innovationsgehalt: 

• Entwicklung einer speziellen Anlagentechnik zur zerstörungsfreien Separierung von hochwertigen Elektronik- Bauteilen bzw. Baugruppen. Hier sind thermische Verfahren mit optischer Positionsbestimmung und automatisierte Handhabungstechnik zu kombinieren., damit der Prozess nach dem Einrichten weitestgehend vollautomatisch abläuft. Ziel ist es dabei, sehr hochwertige und schwierig als Neuteile wiederzubeschaffende Bauteile (spezifischer Produkte) nochmals dem ursprünglichen Einsatz zuzuführen. 
• Entwicklung von neuartiger Anlagentechnik zur Sortierung und Separierung von Elektro-Schrott, unterschieden nach speziellen Produkten bzw. Technologien (z.B. separat für Bildschirme, Haushaltsgeräte, Motoren, Kabel oder Spezialbatterien). Auch hier ist das Ziel, einzelne Baugruppen oder spezielles Rohmaterial der Wiederverwendung zuzuführen. 
• Entwicklung einer innovativen Anlagentechnik zur Reinigung im neuartigen, ressourcenschonenden Trockenverfahren von landwirtschaftlich genutzten Folien inklusive anschließender Aufbereitung und Pellet-Formung zur Wiederverwendung in der Produktion dieser Folien. Besondere Herausforderungen sind: Inputlogistik und Bereitstellung notwendiger Vorrichtungen sowie die Rahmenbedingungen beim Output unter Berücksichtigung der Produktionsanforderungen. 
• Entwicklung von speziellen Sortier- und Trennvorrichtungen für die Anwendung bei körnigem Schüttgut, insbesondere unter Berücksichtigung von Zulassungen für Anwendungen in explosionsgeschützten Bereichen in Verbindung mit steuerbaren Schotten und Zellenradschleusen. 
• Entwicklung eines neuen Verfahrens inklusive Probenentnahmesystem, Messtechnik und Prozesssimulation zur Aufbereitung von Biokohle oder Abfallpellets unter Berücksichtigung der brennstofftechnischen Charakterisierung und automatischer Steuerung der Parameter, um Output-Material mit den notwendigen Eigenschaften zum Einsatz als Ersatzbrennstoff in Zementwerken und Kraftwerken erhalten zu können. Dazu gehören in Vorprüfungen auch CFD-Simulationen und Mahlversuche. 

Um eine optimierte Verfahrenstechnik für deutlich veränderte Prozesse mit dem Ziel verbesserter Stoffrückgewinnung zuverlässig und auch wirtschaftlich betreiben zu können, sind auch neue innovative IKT-Ansätze notwendig. Eine hinreichende Datenlage mit entsprechender Automatisierung und Auswertungen ist Grundvoraussetzung für die Entwicklungsvorhaben. Insbesondere wesentlich ist dabei die Bereitstellung und Erfassung verschiedenster Prozessparameter, um mit intelligenter Datenanalyse (KI, etc.) und Auswertung über daraus generierte Steuerungs- und Regelungs-Algorithmen die Prozesse zuverlässig und mit dem gewünschten Ergebnis beeinflussen zu können. Die verbesserte Datenlage liefert tiefere Erkenntnisse über Prozessabläufe, die mit Simulationstechniken evaluiert werden können und schneller zu Lösungsansätzen und weniger Erprobungsaufwand führen. Die Sammlung großer Datenmengen und Bereitstellung der Analyseergebnisse in einem anwendertauglichen Format, z. B. durch den Vergleich mit einem Digitalen Zwilling, ist hier ein leistungsfähiger Ansatz. 

FuE-Aufgaben und Innovationsgehalt: 

• Entwicklung von Sensorsystemen unter Nutzung optischer Messprinzipien. 
• Entwicklung von Sensorsystemen unter Nutzung physikalischer Prinzipien
  (Druck, Temperatur). 
• Entwicklung von Kombi-Sensorik (Kapazitiv / induktiv / Mikrowellen) zur Stofferkennung. 
• Entwicklung spezieller Analysesoftware unter Verwendung großer Datenmengen aus den Sensordaten, ggf. Vergleich mit Digitalen Zwillingen und Auswertungen mit KI-Algorithmen. 
• Entwicklung technologischer Plattformen als Infrastruktur für die Skalierung von Wiederverwendung und Recycling in Kreislaufwirtschaften. Umfangreiche Datenanalysen mit entsprechend nutzerorientierten Aufbereitungen und Bereitstellung der entsprechenden Daten zur schnellen und effizienten Umsetzung der Stoffströme in Kreislaufwirtschaften. 
• Entwicklung der Anpassungsparameter für den Einsatz von Sensorik in den unterschiedlichen Prozessbereichen mit Qualitätssicherung und Prüfverfahren für die erforderlichen Messwerte sowie geeignete Testverfahren für die geplanten Prozessanwendungen. 
• Anlagenplanungen zur Integration der Prozess-Hardware (elektromechanische und chemisch-biologische Anlagentechnik) mit Sensorik, Software-Auswertung und Prozess-Automatisierung. 
• Entwicklung von Verfahren zur Verbesserung und dem serientauglichen Einsatz mit industriellem Vorfertigungsgrad für den Einsatz von nachhaltigen, nachwachsenden Rohstoffen für insbesondere Baustoffe im Baugewerbe. 

In den vorherrschenden, linear-orientierten, Wirtschaftssystemen werden endliche Ressourcen verbraucht, massenweise Einmalprodukte entwickelt und dementsprechend ein unnötiges Abfallvolumen generiert, welches wiederum größtenteils ungenutzt bleibt. Möglichkeiten zur Nutzung in Form von Kreislaufwirtschaften, insbesondere des Kunststoff- und organischen Abfalls, sind neben der Prozesstechnik, sehr wesentlich von einer funktionierenden Input-/ Output-Logistik und bilateralen Vermarktungskonzepten abhängig. Dazu gehören Strukturen und Netzwerke, die auch international wirksam sind (Kreislaufwirtschaft endet nicht an Landesgrenzen). Gerade die Einbeziehung von Schwellenländern ist zu berücksichtigen. 

Daher ist es hier das Ziel, ergänzend zu den in diesem Netzwerk entwickelten Verfahren, die notwendigen Logistik- und Infrastrukturen zu betrachten, mit einzubeziehen und die Energiethemen in der Kombination mit der Anlagentechnik ebenfalls zu berücksichtigen. 

So fallen z. B. in Schwellenländern bei der Produktion von Trockenfrüchten enorme Mengen an organischen Abfällen an, die zu Biokohle verarbeitet und verwertet werden könnten. Gleichzeitig kann das dortige große und ungelöste Problem des Kunststoffmülls unter Verwendung eines Recyclingprozesses (Kunststoff zu Öl) in Kombination mit einem Generator zur dringend benötigten Stromerzeugung verwendet werden. Beides muss aber bilateral koordiniert und organisiert werden. Für den Bereich des zunehmenden Elektroschrotts in Europa gilt Ähnliches. Auch hier sind im Vorfeld Selektionsprozesse mit entsprechender Logistik notwendig, um die wertvollen Rohstoffe zurückzugewinnen. 

FuE-Aufgaben und Innovationsgehalt: 

• Entwicklung eines, ggf. auch international, wirksamen bilateralen Logistik- und Vermarktungskonzeptes sowohl für den Einkauf und die Verwendung der Rohware (z. B. kombinierter Kunststoff-/Organik-Müll) als auch die Vermarktung der daraus rückgewonnenen Rohstoffe und deren Nutzungsmöglichkeiten, z. B. Öl als Rohstoff für die Kunststoffindustrie in Europa oder als Energieträger in Schwellenländern, Biokohle als CO2-neutraler Rohstoff und Ersatzbrennstoff oder Dünger. 
• Entwicklung von Logistikkonzepten für das Handling von Elektroschrott mit spezialisierten Differenzierungsoptionen, um bestmögliche Recyclingprozesse inklusive Rohmaterialgewinnung zu ermöglichen.