Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherungen kritischer Verunreinigungen durch Recycling in der Glasproduktion

Maßnahmen zur Vermeidung von Anreicherungen kritischer Verunreinigungen durch Recycling in der Glasproduktion: In allen Industriezweigen ist es heute üblich, Produktionsabläufe möglichst nachhaltig zu gestalten. Glas besitzt hier mit sehr hohen Recyclingquoten beim Behälterglas und einer z.T. 100%igen Filterstaub-Rückführung seit vielen Jahren eine Vorreiterrolle. Jeder Rohstoff enthält jedoch naturgemäß Begleitstoffe, die für den Einsatzzweck nicht erforderlich, häufig sogar unerwünscht sind. Das gilt ganz besonders für Verunreinigungen in Recyclingscherben und einige in Filterstäuben eingebundene Schadstoffe. Diese unerwünschten Verunreinigungen können sich in Recycling-Kreisläufen anreichern und zu Beeinträchtigungen der Produktqualität oder zu Problemen beim Einhalten von Emissionsgrenzwerten führen. Die Folge ist, dass sich Recyclingquoten nicht halten lassen oder Filterstäube ausgeschleust werden müssen. Diese Problematik betrifft nicht allein die Glasindustrie sondern alle in der Recyclingkette tätigen Betriebe unter denen sich auch viele KMU befinden etwa bei veredelnden Betrieben oder Aufbereitern. Systeme, die mehrere Kreisläufe kombinieren wie das Produkt- und das Filterstaubrecycling in der Glasindustrie sind besonders problematisch, da die Kreisläufe für den Schmelzprozess untrennbar verknüpft sind. Die gegenseitigen Beeinflussungen der beiden Recyclingkreisläufe wurden bisher nicht ausreichend untersucht, so dass eine angemessene Reaktion in Problemfällen beispielsweise durch rechtzeitigen Austausch von Rohstoffen schwierig ist. In diesem Projekt wird ein Modell für das Verhalten der Konzentrationen kritischer Verunreinigungen in der Glasproduktion erarbeitet, das die Anreicherungen in Abhängigkeit von den Prozessbedingungen beschreibt und die Auswirkungen auf die Qualität und Emissionen. Die Modellsoftware kann unmittelbar von den potenziellen Anwendern benutzt werden. Für KMU werden die Ergebnisse von Fallstudien relevanter Szenarien aufbereitet.

Ergebniszusammenfassung:

An 22 Glasschmelzwannen aus den Bereichen Behälterglas, Faserglas und Spezialglas wurden Massenströme von Komponenten gemessen, die sowohl bezüglich der Schadgas-Emissionen als auch der Produktqualität problematisch sein können. Solche Komponenten können sich in Kreisläufen des Produkts-Recyclings oder durch Filterstaubrückführung anreichern. Aufgrund einer Vielzahl bekannter und unbekannter Parameter ergeben sich für die Einbindungsgrade dieser Komponenten Verteilungen, die eine beträchtliche Breite aufweisen. Mit einer Bayes-Analyse wurde versucht, spezifische Parameter der Verteilungen wie Scherbengehalt, Ofentyp etc. zu identifizieren. So zeigen sich Abhängigkeiten vom Redoxzustand des Gemenges und von der Flächenlast. Parallel zu den Industrie-Messungen wurden konzeptionelle Modelle zu Beschreibung des Schmelzprozesses erarbeitet. Mit physikalisch-chemischen Finite-Elemente-Modellen für Advektion, Diffusion, Reaktion und Wärmeleitung können die Abläufe während der Gemengereaktion, der Läuterung und der Homogenisierung beschrieben werden. Die aktuelle Datenbasis ist noch sehr beschränkt, d.h. bei der gegebenen Messgenauigkeit lassen sich nur dominierende Einflüsse erkennen. Es ist zu erwarten, dass eine Erweiterung der Datenbasis die Möglichkeit eröffnet, mit dem statistischen Bayes-Modell Prognosen für die Massenströme kritischer Komponenten als Funktion der Ofen- und Produkt-Parameter zu erstellen. Die Streubreite der gemessenen Daten behindert zurzeit auch noch die Verknüpfung der Modellierung des Schmelzprozesses und der Ergebnisse der Industriemessungen.