Stabilisierung anorganischer Abfälle bei gleichzeitiger Wasserstoffgewinnung und -verwertung - Metallreststoffverwertung
Projektleiter:
Finanzierung:
BMWi/AIF;
Motivation und Lösungsansatz
Wird metallhaltiger Abfall mit Wasser in Kontakt gebracht, können wasserstoffbildende Reaktionen ablaufen, die zur Ausbildung zündfähiger Gasgemische führen. Der Vorgang kann unter Tage zur Ansammlung explosionsfähiger Gasgemische und über Tage zu Deponiebränden führen. In Folge dessen müssen Abfälle mit einem Wasserstoffbildungspotenzial stabilisiert werden, sodass eine gefährliche Gasfreisetzung bei Kontakt mit Wasser unterbunden wird.
Projektinhalt: Entwicklung einer Stabilisierungsanlage
Als Apparatur wird ein ideal durchmischter und kontinuierlich durchflossener Rührkesselreaktor gewählt. Kriterium hierfür ist die Möglichkeit der Einstellung eines definierten Mischungsverhältnisses sowie der Verweilzeit im Apparat, die Durchmischung der Feststoff- und Flüssig-Phase sowie die Einstell- bzw. Steuerbarkeit des Reaktorfüllgrades.
Folglich wurden Reaktorsimulationen (bis 1000l Fassungsvermögen, bis 1080kg/h Einzelströme Wasser / Abfall / Suspension) auf Grundlage von Energie- und Stoffstrombilanzierungen in MatLab/SimuLink erstellt, um eine verfahrenstechnische Dimensionierung und Anlagenentwicklung samt Regelungskonzept zu erstellen. Für die Simulation wurden mittels Labortests Reaktionskinetiken für aluminium- und magnesiumhaltige Abfälle ermittelt und integriert. Im Anschluss wurde die Apparatur im Labormaßstab gefertigt, die Einzelkomponenten in Betrieb genommen und optimiert.
Ergebnisse und Nutzen
Nach Abschluss der Prototypenoptimierung wurden Realtests durchgeführt. Sowohl Simulation als auch Realtests zeigten starke Ausgasungen mit mehreren Kubikmetern pro Betriebsstunde. Neben der Konzeptionierung, Auslegung und dem Bau wurden Nutzungswege für den produzierten Wasserstoff untersucht. Neben der Materialtrocknung vor der Deponierung, ist die Einspeisung in Brennstoffzellen zur Verstromung möglich. Alternativ ist eine stoffliche Nutzung als Synthesegas oder Kühlmittel angedacht.
Weiteres Vorgehen
Weiterentwicklung des Konzeptes / Industrielle Umsetzung
Wird metallhaltiger Abfall mit Wasser in Kontakt gebracht, können wasserstoffbildende Reaktionen ablaufen, die zur Ausbildung zündfähiger Gasgemische führen. Der Vorgang kann unter Tage zur Ansammlung explosionsfähiger Gasgemische und über Tage zu Deponiebränden führen. In Folge dessen müssen Abfälle mit einem Wasserstoffbildungspotenzial stabilisiert werden, sodass eine gefährliche Gasfreisetzung bei Kontakt mit Wasser unterbunden wird.
Projektinhalt: Entwicklung einer Stabilisierungsanlage
Als Apparatur wird ein ideal durchmischter und kontinuierlich durchflossener Rührkesselreaktor gewählt. Kriterium hierfür ist die Möglichkeit der Einstellung eines definierten Mischungsverhältnisses sowie der Verweilzeit im Apparat, die Durchmischung der Feststoff- und Flüssig-Phase sowie die Einstell- bzw. Steuerbarkeit des Reaktorfüllgrades.
Folglich wurden Reaktorsimulationen (bis 1000l Fassungsvermögen, bis 1080kg/h Einzelströme Wasser / Abfall / Suspension) auf Grundlage von Energie- und Stoffstrombilanzierungen in MatLab/SimuLink erstellt, um eine verfahrenstechnische Dimensionierung und Anlagenentwicklung samt Regelungskonzept zu erstellen. Für die Simulation wurden mittels Labortests Reaktionskinetiken für aluminium- und magnesiumhaltige Abfälle ermittelt und integriert. Im Anschluss wurde die Apparatur im Labormaßstab gefertigt, die Einzelkomponenten in Betrieb genommen und optimiert.
Ergebnisse und Nutzen
Nach Abschluss der Prototypenoptimierung wurden Realtests durchgeführt. Sowohl Simulation als auch Realtests zeigten starke Ausgasungen mit mehreren Kubikmetern pro Betriebsstunde. Neben der Konzeptionierung, Auslegung und dem Bau wurden Nutzungswege für den produzierten Wasserstoff untersucht. Neben der Materialtrocknung vor der Deponierung, ist die Einspeisung in Brennstoffzellen zur Verstromung möglich. Alternativ ist eine stoffliche Nutzung als Synthesegas oder Kühlmittel angedacht.
Weiteres Vorgehen
Weiterentwicklung des Konzeptes / Industrielle Umsetzung
Schlagworte
Entwicklung, Forschung, Metall, Prototyp, Recycling, Reststoff, Rückgewinnung, Stabilisierung, Verwertung, Wasserstoff
Kontakt
Dr.-Ing. Torsten Birth
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF
Sandtorstrasse 22
39106
Magdeburg
Tel.:+49 391 4090355
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