Wiederverwertung von Ziegelbrennbruch und Ziegelabbruchmaterial
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- Project Idea Name: Wiederverwertung von Ziegelbrennbruch und Ziegelabbruchmaterial
- Date: 12/23/2021 12:17:17 PM
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Project Idea Description
Jährlich fallen über 2.4 Million Tonnen Mischabbruch beim Abbruch von Gebäuden an, der bis zu 25 % aus Bruchstücken von Back- und Ziegelsteinen besteht [1]. Etwa 30 % des anfallenden Materials wird deponiert, der Rest wird im Allgemeinen für Material niedriger Qualität verwendet («Downcycling») [2]. Diese Menge könnte durch bessere Trennung der mineralischen Fraktionen im Bauabfall deutlich vermindert werden – vor allem durch Separieren des Betonabbruchs, der als Betongranulat in der Betonproduktion sehr gut wiederverwertet werden kann. Heute wird aber aus wirtschaftlichen Gründen auf eine bessere Trennung während Rückbau und Aufbereitung verzichtet, da die Aufbereitung äusserst komplex ist [3].
Hier setzt das geplante Projekt an. Es zielt darauf ab, wirtschaftlich attraktive Verwertungsmöglichkeiten für Abbruch von Back- und Ziegelsteinen zu entwickeln. Gelingt es, eine zusätzliche Wertschöpfung durch den Verkauf von Granulaten aus Back- und Ziegelsteinen zu erzielen, dann können höhere Kosten der Trennung der verschiedenen Mischabbruchfraktionen zukünftig gedeckt werden.
Ausgangspunkt der Untersuchung sind Abfälle aus Ziegelbrennbruch, die in den Produktionsstätten der Kubrix AG anfallen. Je nach Produkt (Klinker, Modulsteine, Dämmsteine, etc.), also Material und Produktion fallen unterschiedliche Mengen an Brennbruch an. Was über alle Produkte ca. 5- 15% an Bruchmaterial ausmacht. Solche regulären Abfälle gehen bisher ebenfalls in eher minderwertige Verwendungen, z.B. als Füll- und Wegebefestigung, oder werden kostenpflichtig deponiert [4]. Höherwertige Verwendungen wie beispielsweise im Vegetationsbau sowie als Pflanzensubstrat stellen eher Marktnischen dar [3]. Im geplanten Projekt sollen neue und bestehende Potenziale für eine wirtschaftlich attraktive Verwendung von Ziegelbrennbruch identifiziert und evaluiert werden, z.B. nach Marktvolumen und Wertschöpfung. Für die attraktivsten Verwendungsmöglichkeiten wird untersucht, welche Anforderungen sich für das Abfallmaterial ergeben sowohl qualitativ (z.B. maximal zulässiger Fremdstoffanteil) wie quantitativ (z.B. die erforderlichen Mengen an Sekundärrohstoffen).
Aufgrund dieser Erkenntnisse können Anforderung an den Rückbau von Mauerwerksbauten und die zukünftige Aufbereitung von Mischabbruch abgeleitet werden, sowohl technisch als auch wirtschaftlich.
Gleichzeitig erhalten die Verantwortlichen der Kubrix AG Entscheidungsgrundlagen für die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle zur Wiederverwertung von Ziegelabbruch und Optimierung der Umweltleistungen der Ziegelproduktion (z.B. durch Schonung knappen Deponieraums).
Wer sind die Kunden und wie werden sie von ihrer Lösung profitieren?
Eine gezielte Wiederwendung könnte für unterschiedliche Akteure von Vorteil sein:
- Abbruchfirmen / Hersteller von Recycling-Baustoffen: Sie erhöhen ihre Wertschöpfung beim Rückbau von Mauerwerksbauten und der Aufbereitung von Mischabbruch, indem sie hochwertige Sekundärbaustoffe erstellen und vermarkten: Betongranulat sowie Granulate aus Back- und Ziegelsteinen. Die Firmen sparen ausserdem die Kosten der Entsorgung von Aufbereitungsrückständen sowie der Lagerung von Mischgranulat für das man kaum Absatzmöglichkeiten findet. Aufgrund der Umsetzung der Verwertungspflicht für mineralische Bauabfälle (nach VVEA) wird dieser Markt in den kommenden Jahren deutlich wachsen.
- Ziegelproduzenten: Sie erhöhen ihre Wertschöpfung durch Vermindern ihrer Entsorgungskosten und Produktion von Sekundärbaustoffen aus ihren Produktionsabfällen. Dadurch verbessern sie ihre Umweltleistungen – bezogen auf den Betriebsstandort ebenso wie auf ihre Produkte. Durch diese Entwicklung tragen sie dazu bei, dass Back- und Ziegelsteine während ihres gesamten Lebenswegs als umweltfreundliche und kreislauffähige Baustoffe eingesetzt werden können. Dadurch entsteht ein Konkurrenzvorteil im nachhaltigen Bauen vor allem im Massivbau.
- Kunden: Die Abnehmer der Sekundärbaustoffe profitieren von einem qualitativ hochwertigen Produkt mit einem geringeren ökologischen Fussabdruck, zu potenziell geringeren Preisen als Konkurrenzprodukte aus Primärrohstoffen.
Welche Personen/Unternehmen gibt es in Ihrem Team und welche Rolle spielen sie?
Das Projektteam besteht aus den folgenden Personen
- Prof. Dr. Susanne Kytzia, Ostschweizer Fachhochschule, Institut für Bau und Umwelt:
- Projektleitung.
- Entwickeln von Szenarien für mögliche Geschäftsmodelle zur Wieder-verwendung der Produktionsabfälle der Ziegeleien der Kubrix AG, Bewertung dieser Szenarien (ökologische und ökonomische Bewertung)
- Ronny Meglin, Ostschweizer Fachhochschule, Institut für Bau und Umwelt
- Stellvertretende Projektleitung
- Analyse der Stoff-, Material- und Energieflüsse der verschiedenen Szenarien (siehe oben), Prüfen der technologischen Machbarkeit
- Susanne Mühlhaus, Keller Unternehmungen AG
- Industriepartner
- Bereitstellen der Daten der Kubrix AG, Durchführung von Experteninterviews/ Workshops (intern und extern); Beurteilen der technologischen Machbarkeit-
Wie wirkt sich ihre Aufgabe positiv auf die Umwelt aus (z. B. Materialeinsparung, Reduzierung der CO2-Emissionen)?
In einem ersten Schritt werden Entscheidungsgrundlagen geschaffen, um aus Abfällen der Ziegelproduktion der Kubrix AG wirtschaftlich attraktive Sekundärbaustoffe herzustellen. Dadurch wird zukünftig weniger Deponievolumen in Anspruch genommen. Je nach Verwendungsort werden auch Primärressourcen gespart ebenso wie Energieverbrauch und Umweltwirkungen verbunden mit Herstellung und Transport der substituierten Materialien, z.B. bei Ersatz eines herkömmlichen Pflanzensubstrats durch ein Alternativprodukt basierend auf Abfällen der Ziegelproduktion.
In einem zweiten Schritt verbessert das Projekt die Grundlagen zur Optimierung von Verfahren im Rückbau von Mauerwerksbauten und der Aufbereitung von Mischabbruch mit dem Ziel, mineralische Bauabfälle besser zu trennen und hochwertiger wieder zu verwerten. Die positiven Wirkungen auf die Umwelt entsprechen den im ersten Abschnitt genannten Wirkungen. Hier sind aber neben den Abfällen aus Back- und Ziegelsteinen auch andere Sekundärbaustoffe betroffen, vor allem der Betonabbruch. Durch eine bessere Aufbereitung des Betonabbruchs kann zukünftig mehr CO2 im Betongranulat gebunden werden (z.B. nach dem Verfahren von Neustark) und der Zementgehalt im Recyclingbeton kann weiter optimiert werden.
Wurde Ihre Idee bereits getestet?
Es gibt bereits eine Reihe von Möglichkeiten für die Verwertung der Produktionsabfälle aus der Ziegelproduktion [4,5]. Aufgrund der hohen Porosität und Kornfestigkeit ist Ziegelbruch besonders gut geeignet für die Anwendung im Vegetationsbau und als Baum-, Pflanz- und Dachsubstrat [3]. Aus Ziegelsand werden die obersten Spielbeläge im Sport- und Tennisplatzbau hergestellt. Auch seine Verwendung in der Beton- oder Mörtelherstellung als Zement- oder Gesteinskörnungsersatz [6–9] oder als Substitut für Klinker in der Zementherstellung [10,11] wird geprüft. Aber bislang fehlt eine systematische Analyse der Potenziale unter Berücksichtigung betriebswirtschaftlicher Aspekte wie beispielsweise des Marktpotenzials neuer Recycling-Produkte oder die Entwicklung neuer Partnerschaften in der Entwicklung und Vermarktung.
Dabei kann die Arbeit aufbauen auf ein Mengengerüst für Mischabbruch in der gesamten Schweiz aus [1]. Auf dieser Grundlage kann man die Mengen an Ziegelabbruch abschätzen und Rückschlüsse auf das Marktvolumen ziehen. Zur Verwendung von Ziegelabbruch kann das Projekt auf die vorher genannten Studien aufbauen, die sich vor allem mit der technischen Machbarkeit verschiedener Verwendungsmöglichkeiten konzentrieren wie beispielsweise die Verwendung in der Betonproduktion.
Woran planen Sie während des Booster-Projekts zu arbeiten (z. B. Entwicklung des Geschäftsmodells, Bau eines ersten Prototyps, Material für die Prototypenherstellung usw.)? Was werden Sie am Ende des Booster-Programms vorlegen?
Im geplanten Projekt sollen neue und bestehende Potenziale für eine wirtschaftlich attraktive Verwendung von Ziegelbrennbruch der Ziegeleien der Kubrix AG identifiziert und evaluiert werden, z.B. nach Marktvolumen und Wertschöpfung.
Für die attraktivsten Verwendungsmöglichkeiten wird untersucht, welche Anforderungen sich für das Abfallmaterial ergeben sowohl qualitativ (z.B. maximal zulässiger Fremdstoffanteil) als auch quantitativ (z.B. die erforderlichen Mengen an Sekundärrohstoffen).
Die Arbeit wird mit einem Bericht abgeschlossen und potenzielle Verwertungsmöglichkeiten aufgezeigt. Es werden Empfehlungen zum weiteren Vorgehen formuliert für (i) die Verantwortlichen der Kubrix AG und (ii) die Optimierung von Aufbereitungsverfahren für Mischabbruch.
Was erhoffen Sie sich vom Booster (z. B. Suche nach bestimmten Partnern, Unterstützung durch Experten usw.)?
Unterstützung bei
- Publikation der Ergebnisse
- Kontakt zu Partner für die Wiederverwendung des Ziegelabbruchs
- Rahmen für eine gemeinsame Entwicklung von Produktideen
- Kontakt zu Partner bei der Entwicklung von Aufbereitungsverfahren
- Transfer in die Praxis
Literatur
1. Rubli, S. Mischabbruchverwertung in der Schweiz, Freienbach, 2020.
2. Müller, A.; Landmann, M.; Palzer, U. Rückgewinnung sortenreiner Baustofffraktionen aus Mauerwerk. Mauerwerk 2013, 17, 357–364, doi:10.1002/dama.201300598.
3. Rosen, D. Re‐Use und Recycling von Ziegeln. Mauerwerk 2021, 25, 74–81, doi:10.1002/dama.202100002.
4. Müller, A. Baustoffrecycling: Entstehung - Aufbereitung - Verwertung; Springer Vieweg: Wiesbaden, 2018, ISBN 78-3-658-22988-7.
5. Cheng, H. Reuse Research Progress on Waste Clay Brick. Procedia Environmental Sciences 2016, 31, 218–226, doi:10.1016/j.proenv.2016.02.029.
6. Debieb, F.; Kenai, S. The use of coarse and fine crushed bricks as aggregate in concrete. Construction and Building Materials 2008, 22, 886–893, doi:10.1016/j.conbuildmat.2006.12.013.
7. Naceri, A.; Hamina, M.C. Use of waste brick as a partial replacement of cement in mortar. Waste Manag. 2009, 29, 2378–2384, doi:10.1016/j.wasman.2009.03.026.
8. Schubert, S.; Hoffmann, C. Grundlagen für die Verwendung von Recyclingbeton mit Mischgranulat: cemsuisse-Projekt 200602, Zürich, 2011.
9. Silva, J.; Brito, J. de; Veiga, R. Recycled Red-Clay Ceramic Construction and Demolition Waste for Mortars Production. J. Mater. Civ. Eng. 2010, 22, 236–244, doi:10.1061/(ASCE)0899-1561(2010)22:3(236).
10. Arif, R.; Khitab, A.; Kırgız, M.S.; Khan, R.B.N.; Tayyab, S.; Khan, R.A.; Anwar, W.; Arshad, M.T. Experimental analysis on partial replacement of cement with brick powder in concrete. Case Studies in Construction Materials 2021, 15, e00749, doi:10.1016/j.cscm.2021.e00749.
11. He, Z.; Shen, A.; Wu, H.; Wang, W.; Wang, L.; Yao, C.; Wu, J. Research progress on recycled clay brick waste as an alternative to cement for sustainable construction materials. Construction and Building Materials 2021, 274, 122113, doi:10.1016/j.conbuildmat.2020.122113.
Das Projekt zielt darauf ab, wirtschaftlich attraktive Verwertungsmöglichkeiten für Ziegelabbruch zu entwickeln. Es werden Entscheidungsgrundlagen geschaffen, um aus Abfällen der Ziegelproduktion wirtschaftlich attraktive Sekundärbaustoffe herzustellen. Dadurch wird zukünftig weniger Deponievolumen in Anspruch genommen. Ausserdem verbessert das Projekt die Grundlagen zur Optimierung von Rückbau und Aufbereitung von Mischabbruch mit dem Ziel, mineralische Bauabfälle hochwertiger wieder zu verwerten.