Untersuchung, Weiterentwicklung und Adaption prozessanalytischer Methoden zur Erkennung von Kontaminationen beim Recycling von Altholz

Mauruschat, Dirk

Um der steigenden Nachfrage nach Holz zu begegnen, bedarf es der Erschließung neuer Rohstoffquellen. Eine Maßnahme stellt die Verwertung stofflich unzureichend genutzter Ressourcen, z. B. in Form des Sekundärrohstoffs Altholz dar. Um beim Recycling eine Verschleppung von Schadstoffen zu vermeiden, müssen Verunreinigungen frühzeitig erkannt und abgetrennt werden. Zur Detektion von Kontaminationen wurden zwei Techniken der instrumentellen chemischen Analytik untersucht: die Ionenmobilitätsspektrometrie im „asymmetrischen Hochfeld“ (FAIMS) und die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Beide Methoden wurden auf ihre Tauglichkeit im Prozess der Altholzaufbereitung untersucht, weiterentwickelt und adaptiert. Dadurch konnte die Analysenzeit im Vergleich zu konventionellen Verfahren deutlich reduziert werden, so dass erstmals eine umfassende Materialüberwachung möglich war. Es konnte z.B. in Echtzeit mit Holzschutzmitteln behandeltes Holz von unbehandeltem unterschieden werden, trotz variierender Holzart und Feuchtigkeit. Diese grundlegende Differenzierung ist die essentielle Voraussetzung für eine Klassifizierung von Stoffströmen. So wurde sie zur Steuerung einer Sortieranlage kleinindustriellen Maßstabs verwendet, mit der es gelang, den Schadstoffgehalt von Altholz signifikant zu reduzieren. Außerdem wurde anhand quantitativer Messungen gezeigt, dass es prinzipiell möglich ist, gesetzliche Grenzwerte im Prozess kontinuierlich zu kontrollieren. Die Schnellerkennungsverfahren konnten zudem zur Unterscheidung von Materialien appliziert werden. Auf diese Weise ließen sich Störstoffe in Altholz zuverlässig detektieren und mit Hilfe dieser Information anschließend pneumatisch abtrennen. Das Ziel war es, das enthaltene nicht kontaminierte Holz zu gewinnen, welches dann z.B. zur Herstellung neuer Holzwerkstoffe stofflich genutzt werden kann. Diese Vorgehensweise ist der energetischen Nutzung nicht nur aus ökologischer, sondern auch aus ökonomischer Sicht vorzuziehen. Selbst für Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC) konnte eine Differenzierung und Sortierung, entsprechend des enthaltenen Kunststofftyps, demonstriert werden. Dies ist Voraussetzung für die hochwertige stoffliche Verwertung und konnte hier erstmals umgesetzt werden. Insgesamt wurden mit dieser Arbeit wichtige Voraussetzungen geschaffen, um den Anteil stofflich genutzten Altholzes zu erhöhen. Damit kann im nächsten Schritt die großindustrielle Umsetzung mit dem gesamten Störstoffspektrum untersucht werden.

To encounter the increased demand for wood, new sources of raw material are required. Due to limited natural resources, commodities of secondary origin should be exploited, such as recovered wood. Up to now, waste wood has been insufficiently used. To avoid an unwanted cross contamination or carry-over into the recycling of timber products, these substances have to be detected and ejected previously. Two detection methods for chemical analysis were applied: field asymmetric ion mobility spectrometry (FAIMS) and near-infrared spectroscopy (NIRS). Both techniques were investigated regarding to their practical suitability, improved and finally adapted to the waste wood cleaning process. Thus, the time for analysis could be significantly reduced in comparison to conventional procedures. Consequently, comprehensive and continuous checking of the material was made feasible for the first time. For example, wood chips treated with preservatives could be distinguished from untreated wood chips in real-time, despite varying wood species and moisture. This basic distinction is the essential requirement for classification of material streams in processes. Therefore, it was used to control an automated sorting machine of semi-industrial scale, with which the pollutant level of waste wood fractions could be clearly decreased. Additionally, quantitative measurements showed that the monitoring at legal thresholds is possible. Moreover, the fast detecting methods were successfully applied in distinguishing wood from different materials such as color coatings or plastics. Therefore, foreign particles were identified and separated by means of pneumatic nozzles. The aim was to gain the uncontaminated fractions to produce new timber products. This strategy is not only worth striving for because of ecological, but also because of economic reasons and should partially substitute popular incineration. Even for wood-plastic composites (WPC) a distinction and a sorting according to the type of plastic could be established. This is an important requirement for a high-quality substantial utilization of WPC and could be implemented on a technical scale the first time. All in all, important methodical prerequisites were accomplished in this work to increase the amount of substantially used waste wood. The next step should involve the application of the fast analytical methods in a real waste wood sorting process in the industry with the whole range of potential contamination.

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Mauruschat, Dirk: Untersuchung, Weiterentwicklung und Adaption prozessanalytischer Methoden zur Erkennung von Kontaminationen beim Recycling von Altholz. 2015.

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