Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Minderung des Trocknungsenergiebedarfs durch den Einsatz von Hilfsmitteln auf Basis von synthetischen Polymeren, zur Steigerung der Feuchteleitfähigkeit plastischer Massen der Grobkeramik.

Die Energieeffizienz der Produktion ist für die KMU der Ziegelindustrie, sowie für andere Betriebe der Fein- und Grobkeramik ein sehr relevantes Thema. Nachhaltig produzierte, sehr langlebige Ziegel weisen einen Wettbewerbsvorteil gegenüber konkurrierenden Baustoffen auf. Außerdem können, infolge dieses Projektes, die Energiekosten gesenkt werden, der CO2 Ausstoß wird gemindert. Das Ziel ist die Schaffung von Basiswissen für den Einsatz von Additiven zur Verbesserung des Wassertransportes innerhalb des Ziegelrohlings, was eine Verringerung der Trocknungszeit und des Energiebedarfs bewirkt. Der messbare, aussagekräftige Parameter, ist die Feuchteleitfähigkeit.Diese kann im IZF bestimmt werden. Die verflüssigende Wirkung von diversen Additiven ist bekannt. Dennoch wurden die meisten Erkenntnisse empirisch ermittelt, die Kausalität der Wirkungsweise in Abhängigkeit der jeweiligen Rohstoffkomponenten ist nicht hinreichend erforscht. Das vorliegende Vorhaben soll dazu dienen, mess- und reproduzierbare Ergebnisse zu erlangen, die der Erklärung der Wirkmechanismen im Zusammenspiel der Rohstoffkomponenten, mit den gewählten Zuschlagstoffen, dienen. Durch die Messung von Zeta-Potential und Kationenaustauschkapazität (KAK) sollen Rückschlüsse auf die Reaktivität der Tone mit diversen Verflüssigern, Bindemitteln und vernetzenden Additiven auf die zu erwartenden rheologischen Eigenschaften gezogen werden können. Die Senkung des Trocknungsenergiebedarfes resultiert dann aus der Senkung der Anfangswasserbeladung und der zusätzlichen Erhöhung der Feuchteleitfähigkeit. Die Trocknungszeit der Rohlinge kann verkürzt werden. Dies senkt zum einen den Gasbedarf der Zusatzbrenner, zum anderen den Strombedarf für die Umwälzeinrichtungen. Laut Statista wurde 2016, für die Ziegelindustrie ein Energiebedarf von 6.055,6 GWh ermittelt, wovon 5.380 GWh auf den Gasbedarf entfallen.Für die Trocknung fallen aktuell 551.770tCO2/a an, die durch das Vorhaben um ca.16.500t/a gemindert werden kann.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Forschungsvorhaben konnte die Pressfeuchte von Ziegelrohlingen teilweise stark reduziert werden, was bedeutet, dass bei der Trocknung weniger Wasser verdampft werden muss und somit Zeit und Energie gespart werden kann. Eine weitere bedeutsame Erkenntnis war, dass bei allen Massen mit Additiven der Presskopfdruck stark abnahm. Rheologische Untersuchungen haben gezeigt, dass dieser Effekt wahrscheinlich nicht auf eine Verbesserung der Plastizität zurückzuführen ist, sondern auf einer Schmierwirkung der Additive beruht, die die Reibung innerhalb der Presse reduziert. Das bedeutet, dass der Wasserbedarf für die Extrusion sogar noch weiter reduziert werden kann. Die Additive wirken sich auch positiv auf die Festigkeit der trockenen Rohlinge aus, da sie wahrscheinlich beim Trocknen teilweise an die Oberfläche transportiert werden und dort einen Film bilden, der die Zugfestigkeit erhöht. Weiterhin konnte mit einer Simulation und empirisch nachgewiesen werden, dass sich durch die Additive die Feuchteleitfähigkeit verbessert. Dieser Effekt wirkt sich allerdings erst bei größeren Rohlingsdicken aus, wie z.B. Vormauerziegeln. Denn erst, wenn größere Mengen Wasser im 2. Trocknungsabschnitt verdampft werden müssen, gewinnt die Feuchteleitfähigkeit an Bedeutung, da sie den 1. Trocknungsabschnitt verlängert. Insgesamt erscheint der Einsatz chemischer Additive in der Ziegelindustrie durchaus attraktiv, da sie gleich mehrere positive Auswirkungen haben können (niedrigere Pressfeuchte durch höhere Plastizität und geringere Reibung innerhalb der Presse, höhere Feuchteleitfähigkeit, höhere Trockenfestigkeit). Da die Auswirkung eines Additivs aber selbst bei Kenntnis zahlreicher Parameter einer Betriebsmasse nicht vorausgesagt werden kann, müssen immer zuerst Laborversuche durchgeführt werden.