"REWASTE4.0" - ABFALLWIRTSCHAFTLICHES KOMPETENZZENTRUM AM AVAW DER MONTANUNIVERSITÄT LEOBEN
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Originalarbeit
Österr Wasser- und Abfallw
https://doi.org/10.1007/s00506-021-00814-9
„ReWaste4.0“ – Abfallwirtschaftliches Kompetenzzentrum
am AVAW der Montanuniversität Leoben
Renato Sarc · Roland Pomberger
Angenommen: 22. Oktober 2021
© Der/die Autor(en) 2021
Zusammenfassung ReWaste4.0 ist ein te4.0 durchgeführte Forschung wird in continued in ReWaste F for further de-
innovatives und kooperatives K-Projekt, ReWaste F fortgesetzt, um die Entwick- vel-opment towards a particle-, sensor-
welches im Zeitraum von 2017–2021 lung hin zu einer partikel-, sensor- und and data-based circular economy in the
umgesetzt wurde. Mit ReWaste4.0 ge- datenbasierten Kreislaufwirtschaft im period 2021–2025.
schieht ein Wandel der Branche, welche Zeitraum 2021 bis 2025 weiter voranzu-
nicht gefährliche gemischte Siedlungs- treiben. Keywords Mixed non-hazardous
und Gewerbeabfälle behandelt, hin waste · Municipal waste · Commercial
zu einer Kreislaufwirtschaft, realisiert Schlüsselwörter Gemischter Abfall · waste · Waste treatment · Recycling ·
durch die Erforschung und Anwendung Siedlungsabfall · Gewerbeabfall · Recovery · Contaminants · Plastics ·
der neuen Ansätze der Industrie 4.0. Abfallbehandlung · Recycling · Digitalisation · Smart waste factory
Die Vision von ReWaste4.0 ist unter Verwertung · Schadstoffe · Kunststoffe ·
anderem die (Weiter-)Entwicklung von Digitalisierung · Smart Waste Factory 1 Einleitung
Abfallbehandlungsanlagen für nicht ge-
fährliche Abfälle zu einer „Smart Waste “ReWaste4.0”—Competence ReWaste4.0 ist ein langfristig orien-
Factory“, in der eine digitale Kom- centre on waste treatment & tiertes, innovatives sowie kooperatives
munikation und Vernetzung zwischen management at AVAW, K-Projekt (Anm.: Competence Centers
Materialqualität und Maschinen- sowie Montanuniversitaet Leoben for Excellent Technologies (COMET)
Anlagenleistung erreicht wird. Nach ist eine nationale Förderlinie der Ös-
vier Jahren Forschung und Entwick- Abstract ReWaste4.0 is an innovative terreichischen Forschungsförderungs-
lung wurden verschiedene Ergebnisse and cooperative K-Project in the period gesellschaft (FFG), die darauf abzielt,
erzielt. Der vorliegende „Review“-Bei- 2017–2021. Through Re-Waste4.0 the qualitativ hochwertige Forschung in
trag fasst die Ergebnisse (insbesondere transformation of the non-hazardous Wissenschaft und Wirtschaft zusam-
aus peer-reviewten Papers) von insge- mixed municipal and commercial waste menzuführen (Austrian Research Pro-
samt sieben Teilprojekten innerhalb des treatment industry towards a circular motion Agency 2021)) mit jeweils zwei
K-Projekts zusammen. Erkenntnisse economy has started by investigating Partnern aus der Wissenschaft (Mon-
werden verknüpft und deren Relevanz and applying the new approaches of the tanuniversität Leoben und FH Münster,
und Bedeutung für die weitere Ent- Industry 4.0. Vision of the ReWaste4.0 Deutschland) und acht aus der Wirt-
wicklung des Abfallbehandlungssektors is, among others, the development of schaft (BT-Wolfgang Binder GmbH-
diskutiert. Die Ergebnisse werden in treatment plants for non-hazardous REDWAVE, IFE Aufbereitungstechnik
drei Bereiche eingeteilt: Schadstoffe in waste into a “Smart Waste Factory” in GmbH, Ingenieurgemeinschaft Innova-
gemischten Abfällen und technische which a digital communication and in- tive Umwelttechnik GmbH, Komptech
Möglichkeiten zu ihrer Reduktion und terconnection between material quality GmbH, Lafarge Zementwerke GmbH,
Entfernung; Sekundärrohstoffe und and machine as well as plant per-for- Mayer Recycling GmbH, M-U-T Ma-
Energieträger in gemischten Abfällen mance is reached. After four years of schinen-Umwelttechnik-Transportan-
und Digitalisierung der Abfallcharakte- research and development, various re- lagen GmbH, Saubermacher Dienst-
risierung und der Behandlungsprozesse sults have been gained and the present leistungs AG). Das übergeordnete In-
für gemischte Abfälle. Die in ReWas- review article summarizes, links and novationsziel ist es, die neuen Ansät-
discuss the outputs (especially from ze der „Industrie 4.0“ (z. B. digitale
Der vollständige englische Beitrag peer-reviewed papers) of seven sub- Vernetzung, Wechselwirkung zwischen
ist hier verfügbar: Sarc, R. The projects, in total, within the K-project Abfallqualität und Anlagenleistung, dy-
„ReWaste4.0“ Project—A Review. and discusses the main findings and namische Prozesssteuerung und -opti-
Processes, 2021, 9 (5), 764, https://doi. their relevance and importance for mierung etc.) erstmals zu untersuchen
org/10.3390/pr9050764. further development of the waste treat- und umzusetzen. Diese innovative Ent-
DI Dr. R. Sarc () · ment sector. Results are allocated into wicklung der Abfallbehandlung von
Univ.-Prof. DI Dr. R. Pomberger three areas, namely: contaminants in nicht gefährlichen gemischten Abfäl-
Lehrstuhl für mixed waste and technical possibilities len wird die Branche in Richtung ei-
Abfallverwertungstechnik for their reduction as well as removal; ner Kreislaufwirtschaft transformieren
und Abfallwirtschaft, secondary raw and energy materials und hochwertige Recycling- und Ver-
Montanuniversität Leoben, in mixed waste and digitalization in wertungsprozesse ermöglichen. Durch
Franz-Josef-Straße 18, 8700 Leoben, waste characterization and treatment ReWaste4.0 wird die experimentelle
Österreich processes for mixed waste. The re- datenbasierte Entwicklung von Abfall-
renato.sarc@unileoben.ac.at search conducted in ReWaste4.0 will be behandlungsanlagen zur sogenannten
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abfälle, einschließlich ähnlicher Ge-
werbeabfälle“ zugeordnet. Eine klare
Definition von Gewerbemüll gibt es
z. B. in Deutschland, welche in der
Gewerbeabfallverordnung (BMU 2017)
festgehalten ist. Dort ist Gewerbemüll
ein nicht kommunaler Restmüll, der
nicht getrennt gesammelt wird, wie
z. B. Büroabfälle, Industrieabfälle etc.
Typische Gewerbeabfälle zeichnen sich
durch einen geringen Feuchtigkeits-
gehalt, einen hohen Heizwert, einen
geringen organischen Anteil und einen
hohen Anteil an Wertstoffen aus (Wei-
ßenbach 2021; Weißenbach et al. 2019).
Abb. 1 Ganzheitlicher Ansatz von ReWaste4.0 – Die Wechselwirkungen des strategi- Aufgrund seines energetisch nutzbaren
schen Projekts und beide Bereiche verbunden durch die Ansätze von Industrie 4.0 (Sarc Heizwerts, der höher ist als der von
2017) gemischtem Siedlungsabfall, wird er
zur Herstellung von Ersatzbrennstoffen
„Smart Waste Factory“ unterstützt. Auf Umweltschädigung sind eine existen- verwendet (Sarc Lorber 2013; Sarc et al.
stofflicher Ebene liegt der Fokus auf zielle Bedrohung für Europa und die 2014, 2019a, 2020).
der Behandlung von nicht gefährlichen Welt. Um diese Herausforderungen zu Die für diese Arbeit relevante Defini-
gemischten Abfällen (d. h. gemischte bewältigen, braucht Europa eine neue tion von gemischten Siedlungsabfällen
Siedlungs- und gemischte Gewerbe- Wachstumsstrategie, die die Union in findet sich in § 2, Nummer 4, Punkt 2
abfälle sowie ausgewählte nicht ge- eine moderne, ressourceneffiziente und des österreichischen Abfallwirtschafts-
fährliche gemischte Fraktionen, die wettbewerbsfähige Wirtschaft wandelt, gesetzes 2002 (BKA 2002). Unbehan-
als „Output“ mechanischer Behand- in der delte gemischte Siedlungsabfälle sind
lungsverfahren deklariert werden, wie • bis 2050 keine Nettoemissionen von dort „Abfälle aus privaten Haushalten
z. B. Ersatzbrennstoffe (EBS) die in der Treibhausgasen entstehen, und andere Abfälle, die auf Grund ihrer
Zementindustrie eingesetzt werden). • das Wirtschaftswachstum von der Beschaffenheit oder Zusammensetzung
ReWaste4.0 besteht aus einem um- Ressourcennutzung abgekoppelt wird, den Abfällen aus privaten Haushalten
fassenden strategischen Projekt und • kein Mensch und kein Ort vernach- ähnlich sind; bei der Zuordnung ist das
zwei wissenschaftlich-technischen Be- lässigt werden. Europäische Abfallverzeichnis im Sinne
reichen mit sechs untergeordneten des Art. 7 der Richtlinie 2008/98/EG über
spezifischen Projekten, die durch die 1.1 Siedlungs- und gewerbliche Abfälle, ABl. Nr. L 312 vom 22.11.2008
zuvor erwähnten Ansätze der Indus- Abfallwirtschaft S 3 berichtigt durch ABl. Nr. L 127 vom
trie 4.0 miteinander verbunden sind, 26.05.2009 S 24, zu berücksichtigen. Ge-
siehe Abb. 1 (Sarc 2017). Im Jahr 2016 fielen weltweit 2,01 Mrd. mischte Siedlungsabfälle im Sinne des
Zum Zeitpunkt der Entwicklung des Tonnen feste Siedlungsabfälle aus Haus- Europäischen Abfallverzeichnisses gel-
Projektantrags (im Jahr 2016) hatte die halten, Gewerbebetrieben und Institu- ten auch dann weiterhin als gemischte
Europäische Kommission ein ehrgeizi- tionen an. Es wird erwartet, dass diese Siedlungsabfälle, wenn sie einem Be-
ges neues Paket (am 2. Dezember 2015) Zahl bis 2050 erheblich, auf 3,4 Mrd. handlungsverfahren unterzogen worden
zur Kreislaufwirtschaft vorgelegt, wel- Tonnen, ansteigen wird (Kaza et al. sind, das ihre Eigenschaften nicht we-
ches Recyclingziele für Siedlungs- (65 % 2018). sentlich verändert hat.“ Im Gegensatz
bis 2030) und Verpackungsabfälle (75 % In der EU28 wurden im Jahr 2018 zu gemischten Gewerbeabfällen haben
bis 2030) enthält (EC 2015). etwa 252 Mio. Tonnen Siedlungsabfälle gemischte Siedlungsabfälle einen hö-
In der Zwischenzeit war die wich- erzeugt, d. h. 491 kg/Kopf, von denen heren Feuchtigkeitsgehalt, einen nied-
tigste Maßnahme in der europäischen 47 % recycelt wurden (Eurostat 2021). rigeren Heizwert, einen höheren Gehalt
Abfallwirtschaft die Anpassung des Pa- Weißenbach et al. (2020) berichten, an organischen Stoffen und einen deut-
kets zur Kreislaufwirtschaft, das 2018 in dass bis zum Jahr 2040 ein zusätzliches lich geringeren Anteil an verwertbaren
Kraft trat (EC 2018). Der überarbeitete Recyclingpotenzial von rund 46,3 Mio. Stoffen (Möllnitz et al. 2020a). Die Zu-
Rechtsrahmen für Abfälle trat im Juli Tonnen Siedlungsabfällen vorhanden sammensetzung von gemischten Sied-
2018 in Kraft und setzt unter anderem ist. lungsabfällen hängt von verschiedenen
klare Ziele für ausgewählte Abfälle: In Österreich gibt es auf Bundesebe- Faktoren ab, u. a. vom vorhandenen
• 65 % Recycling von Siedlungsabfällen ne keine spezifischen Rechtsvorschrif- Abfallsammelsystem, der sozioökono-
bis 2035; ten für gemischte Gewerbeabfälle. Der mischen Struktur der Bevölkerung und/
• 70 % Recycling von Verpackungsab- Begriff „Gewerbeabfall“ ist weder in der oder der Lage der Haushalte (städtisch
fällen bis 2030. Bundes- noch in den Landesgesetzge- oder ländlich).
bungen definiert. Im österreichischen Die Anteile der potenziell recycel-
Im Jahr 2019 wurde der Europäische Abfallkatalog (ÖNORM S 2100 2005), baren Materialien Kunststoff, Papier/
Green Deal (EC 2019) veröffentlicht. Er basierend auf der Abfallverzeichnis- Karton, Glas und Metall belaufen sich
ist ein Fahrplan für eine nachhaltige verordnung werden Gewerbeabfälle auf 41,1 %, was einer Gesamtmenge
Wirtschaft in der EU. Klimawandel und der Abfallgruppe 91 „Feste Siedlungs- von 590.372 t im Jahr 2018 entspricht.
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herrscht die Komplexität, ist we-
niger störanfällig und ermöglicht
eine effizientere Produktion. Die
Kommunikation zwischen Men-
schen, Maschinen und Ressour-
cen ist selbstverständlich und ver-
gleichbar mit einem sozialen Netz-
werk.
Curtis und Sarc (2018) sowie Sarc et al.
(2019b) haben den Begriff „Smart Waste
Abb. 2 Anzahl der rezensierten Literaturquellen nach Art, zugeordnet zu peer-review- Factory Network“ (SWFN) eingeführt,
ten oder nicht peer-reviewten Arbeiten in den Jahren 2001 bis 2019 (Sarc et al. 2019b) der Teil des ReWaste4.0-Projekts ist und
wie folgt definiert wird:
Die Erfahrung zeigt jedoch, dass viele Kunststoffe müssen auch aus anderen
dieser Materialien aufgrund ihrer ge- Abfallströmen zurückgewonnen wer- Das SWFN4.0 beschreibt ein Sys-
ringen Qualität (z. B. Verunreinigungen den. Aufgrund des großen Abfallvolu- tem, das aus mehreren Abfallbe-
mit Staub, biologisch abbaubaren Stof- mens und des hohen Anteils an unge- handlungsanlagen (z. B. Sortier-
fen oder Feuchtigkeit) tatsächlich nicht nutzten Kunststoffen wären gemischte anlagen, Produktionsanlagen für
recycelt werden können (Weißenbach Siedlungs- und Gewerbeabfälle hierfür feste Ersatzbrennstoffe usw.) be-
2021). Gemäß dem Bundesabfallwirt- geeignet (Möllnitz et al. 2020a). steht, die unterschiedliche Aufga-
schaftsplan (BMK 2020) werden ge- ben in der Abfallwirtschaft wahr-
mischte Abfälle (Siedlungs- und Gewer- 1.3 Digitalisierung in der nehmen und über Datenströme
beabfälle) und gemischte Stoffströme Abfallwirtschaft und Logistiksysteme miteinan-
aus Behandlungsanlagen für getrenn- der verbunden sind. Die einzelnen
te Fraktionen wie Papier/Pappe oder Um ein gemeinsames Verständnis der Prozesse und Maschinen inner-
Kunststoffe in mechanischen und me- verwendeten Definitionen zu erhal- halb der Anlagen sowie die ein-
chanisch-biologischen Behandlungs- ten, wurde nach Tschandl et al. erklärt zelnen Anlagen sind digital mit-
anlagen behandelt und dort EBS und (2019): „Digitalisierung“ beschreibt all- einander verbunden. Diese Ver-
andere Stoffströme erzeugt. Die zweite gemein die Integration digitaler Tech- netzung der einzelnen Maschinen
Option für die Behandlung von ge- nologien in das tägliche Leben. Diese und Anlagen und die Echtzeitana-
mischten Abfällen ist die energetische Integration wird „Industrie 4.0“ genannt, lyse der Abfallströme ermöglichen
Verwertung in Müllverbrennungsanla- weil sie die vierte industrielle Revoluti- eine dynamische Prozesssteuerung
gen. on verkörpert. Der englische Begriff ist und verschiedene Aktorsysteme
Wie bereits erwähnt, ist in gemisch- „Internet of Things“ (IoT) und wird in greifen aktiv in die Prozesse ein.
ten Siedlungs- und Gewerbeabfällen zwei Teile geteilt: „Industrial Internet Darüber hinaus kann der Mensch
sowie in Ersatzbrennstoffen noch eine of Things“ und „Consumer Internet of interaktiv mit der ihn umgeben-
große Menge an Kunststoffen enthalten, Things“. den Technik zusammenarbeiten.
die ein wichtiges Potenzial für weitere Anschließend zeigen Tschandl et al. Um den Stand der Digitalisierung in
Recyclingprozesse darstellen. (2019), dass sich noch keine einheitli- der Abfallwirtschaft zu definieren, sam-
che Definition für den Begriff „Indus- melten Sarc et al. (2019b) relevante
1.2 Kunststoffe und ihre Bedeutung in trie 4.0“ durchgesetzt hat. Aus den un- Beiträge in der Literatur über Daten-
der EU terschiedlichen Definitionen lässt sich banken mit den folgenden relevanten
jedoch die folgende allgemeine Defini- Suchbegriffen (Keywords): „digitalisati-
Die europäische Strategie für Kunst- tion ableiten: „Industrie 4.0 beschreibt on“, „robotics“, „smart waste“, „smart
stoffe (European Commission 2018) die flächendeckende Einführung von In- factory“, „industry 4.0“, „internet of
zielt darauf ab, die lineare (make-use- formations- und Kommunikationstech- things“, „waste management“ und „cir-
dispose) Kunststoffwirtschaft in ein nologie (IKT) sowie deren Verbindung zu cular economy“. Diese Suchbegriffe
stärker zirkuläres, ressourceneffizien- einem Internet der Dinge, Dienste und wurden einzeln und in allen möglichen
tes System umzuwandeln. Um dieses Daten mit dem Ziel der Echtzeitsteue- Kombinationen für die Suche verwen-
Ziel zu erreichen, wurden verschiedene rung von Produktions- und Wertschöp- det. Für die Auswertung der Ergebnis-
Maßnahmen ergriffen: z. B. das Verbot fungsnetzwerken.“ se dieses wissenschaftlichen Beitrags
bestimmter Einweg-Kunststoffproduk- Weiter fasst Tschandl et al. (2019) konnten relevante Publikationen über
te, die Eindämmung leichter Plastik- den Begriff „Smart Factory“ wie folgt den Zeitraum von 2001 bis 2019 ge-
sackerl oder die Schaffung von Quali- zusammen: funden werden, wobei der Großteil
tätsstandards für Sekundärkunststoffe. aus den letzten drei Jahren (2017 bis
Unter anderem wurden verbindliche Einzelne Unternehmen oder Kon- 2019) stammt, siehe Abb. 2. Darüber hi-
Recyclingquoten für Kunststoffverpa- zerne nutzen die IKT für Produkt- naus wurden ausführliche Recherchen
ckungen (d. h. 50 % bis 2025 und 55 % entwicklung, Produktion, Logis- zu bestehenden Technologien im Um-
bis 2030) eingeführt. Um diese ehrgeizi- tik und Schnittstellenkoordinati- weltbereich durchgeführt, wobei der
gen Recyclingziele zu erreichen, reicht on mit Kunden, um flexibler auf Schwerpunkt auf der Abfallwirtschaft
das Recycling von getrennt gesammel- eingehende Anfragen reagieren zu lag (Sarc et al. 2019b).
ten Kunststoffverpackungen nicht aus. können. Eine smart factory be-
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Insgesamt konnten 115 Literatur- gewählten Konferenzbeiträgen basiert, 3.1 Schadstoffe in gemischten Abfällen
quellen herangezogen werden. Dabei die im Rahmen des Projekts ReWas- und technische Möglichkeiten zu
ist zu beachten, dass nur Quellen mit te4.0 (Zeitraum: 2017–2021) veröffent- ihrer Reduktion und Entfernung
abfallwirtschaftlich relevantem Inhalt licht wurden, um sich auf ausgewählte
in den Grafiken berücksichtigt wurden, wichtige Ergebnisse und Erkenntnisse Schadstoffe spielen bei allen Abfallbe-
so dass sich insgesamt 85 relevante aus vier Jahren kooperativer Forschung handlungsmöglichkeiten eine wichtige
Literaturquellen ergeben haben. Darü- und Entwicklung zu konzentrieren und Rolle, unabhängig von der Art des Be-
ber hinaus wurden für die Erstellung diese zu diskutieren. Darüber hinaus handlungsverfahrens als Verwertungs-
des Beitrags gesetzliche Regelungen wurden auch einige Konferenzbeiträge oder Beseitigungsverfahren gemäß EU
herangezogen, die in den dargestellten und Peer-Review-Paper berücksichtigt, (European Union 2008). Für die ös-
Abbildungen nicht berücksichtigt sind. die nicht aus dem Projekt ReWaste4.0 terreichische Ersatzbrennstoff(EBS)-
Die Ergebnisse zeigen, dass die Themen stammen, aber relevante Informatio- Industrie sind vor allem As, Cd, Co, Cr,
Digitalisierung und intelligente Robo- nen und Auswirkungen auf die Themen Hg, Ni, Pb, Sb und Cl aufgrund von
tik in der Abfallwirtschaft bisher noch von ReWaste4.0 haben. gesetzlichen Grenzwerten (BMLFUW
nicht intensiv in Fachartikeln diskutiert 2002) oder technischen Anforderungen
wurden und die meisten Informationen 3 Ergebnisse und Diskussion (Lorber et al. 2012) relevant. Viczek
von Technologie- und Plattformherstel- et al. (2020a) haben die Materialfraktio-
lern stammen (Webseiten, Broschüren Wie bereits dargestellt, stehen gemisch- nen oder Produkte identifiziert, die in
u. a.) (Sarc et al. 2019b). te Abfälle (gemischte Siedlungsabfälle gemischten Siedlungs- und Gewerbab-
Um digitale Prozesse in Abfallbe- und gemischte Gewerbeabfälle) im For- fällen landen und signifikante Mengen
handlungsanlagen zu simulieren oder schungsmittelpunkt des ReWaste4.0- der oben genannten neun Elemente,
durchzuführen, werden schließlich gro- Projekts. Das Wissen über die Eigen- d. h. Schadstoffträger enthalten,. Ihre
ße Mengen an qualitativ hochwertigen schaften solcher Abfälle, die als Input Übersicht zeigt, dass die Schadstoffträ-
Online/Ontime-Daten als Grundlage für mechanische Abfallbehandlungs- ger in Siedlungsabfällen und Hausmüll
benötigt. Diese Daten wurden im Rah- anlagen dienen, ist wichtig, um die sehr vielfältig sind. Für die österreichi-
men von ReWaste4.0 auf der Grundlage Anzahl und Verarbeitungstiefe der er- sche Situation relevante Schadstoffträ-
von praktischen, experimentellen sowie forderlichen Behandlungsschritte zu ger sind PVC (Cl, Cd, Sb, Pb), flamm-
großtechnischen Versuchen in Abfall- definieren, sowie die erreichbare Quali- hemmende Kunststoffe oder Textilien
behandlungsanlagen gewonnen. tät der Outputfraktionen zu beurteilen. (Sb), Gummi (Sb, Cl), Glas (As, Co, Pb,
Wie beschrieben, konzentriert sich Um den Input und Output der Anla- Ni), Leder (Sb, Cr), bestimmte Hölzer
ReWaste4.0 hauptsächlich auf die Be- ge zu charakterisieren und wichtige (As, Pb, Hg, Ni), elektronische Geräte
handlung von gemischten Abfällen un- Parameter, wie z. B. Schwermetallgehal- und Batterien (As, Cd, Cl, Cr, Co, Pb,
ter Anwendung von Industrie 4.0-An- te, stoffliche Zusammensetzung oder Hg, Ni), Schuhe (Cd, Cl, Cr, Pb) oder
sätzen und der Schwerpunkt des vorlie- den Massenanteil an Wertstoffen, zu Metalle (Cr, Co, Pb, Ni). Da viele dieser
genden Übersichtsartikels liegt auf drei bestimmen, ist nach dem Stand der Elemente (Cd, Sb, Cr, Co, Pb) als Pig-
Kategorien von untersuchten Themen: Technik eine Probenahme nach wie vor mente für Keramiken oder Kunststoffe
1. Schadstoffe in gemischten Abfällen unumgänglich. Das Hauptkriterium, verwendet werden, können auch diese
und technische Möglichkeiten zu ih- das ein Probenahmeverfahren erfül- Produkte Schadstoffträger sein. Darü-
rer Reduzierung und Entfernung; len muss, ist die Repräsentativität. Mit ber hinaus wurde in der Literaturüber-
2. Sekundärrohstoffe und Energieträger zunehmender Heterogenität des Ma- sicht von (Viczek et al. 2020a) häufig
in gemischten Abfällen; terials und zunehmender Korngröße die Feinfraktion mit unterschiedlichen
3. Digitalisierung der Abfallcharakteri- (Achtung: bei gemischten Abfällen sind Korngrößen als relevanter Schadstoff-
sierung und der Behandlungsprozes- diese sehr groß) werden ausgearbeite- träger für verschiedene Elemente, z. B.
se für gemischte Abfälle. te Probenahmeverfahren benötigt. Die Pb, Hg oder Ni, identifiziert. Dies deutet
Probenahmeverfahren müssen daher darauf hin, dass die relevanten Schad-
Ziel des vorliegenden Übersichtsarti- den Grundsätzen der Theorie der Pro- stoffe nicht nur in bestimmten Stoffen,
kels ist es, die wichtigsten Themen benahme folgen, die ein integraler Be- sondern auch in bestimmten Korngrö-
und Ergebnisse des K-Projekts zusam- standteil vieler international anerkann- ßenklassen angereichert sind, weshalb
menzufassen, zu verknüpfen und zu ter Normen für die Probenahme von die Verteilung verschiedener chemi-
diskutieren sowie die wichtigsten Er- Abfällen ist (z. B. EN15442:2011) (ASI scher Elemente auf unterschiedliche
kenntnisse und ihre Relevanz und Be- 2011; Viczek 2021). Khodier et al. (2019) Korngrößenfraktionen von gemisch-
deutung für die weitere Entwicklung und Viczek et al. (2021a) haben die re- ten Gewerbeabfall untersucht wurden
des Abfallbehandlungssektors zu erör- lative Probenahmevariabilität für Mate- (Viczek et al. 2021b).
tern. Der Beitrag basiert hauptsächlich rialklassen und chemische Elemente in Viczek et al. (2021b) gliedern ver-
auf den von Experten begutachteten verschiedenen Korngrößenklassen von schiedene Elemente aufgrund ihrer
Papern, die im Rahmen des Projekts grob zerkleinertem gemischtem Gewer- korngrößenabhängigen Verteilung in
veröffentlicht wurden. beabfall mit einem Replikationsversuch drei Gruppen:
bestimmt. • A: Negative lineare Korrelation – hö-
2 Methodische Vorgehensweise here Konzentrationen in kleineren
Korngrößenklassen,
Es wurde eine Literaturrecherche durch- • B: Keine lineare Korrelation – niedri-
geführt, die hauptsächlich auf den be- ge Konzentrationen in den kleinsten
gutachteten Publikationen und aus- und größten Korngrößenklassen,
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trationen in diesen Korngrößenklassen
mit den Grenzwerten der österreichi-
schen Abfallverbrennungsverordnung
2002 (BMLFUW 2002) verglichen.
Wie bereits erwähnt, haben die ex-
perimentellen Untersuchungen von
Viczek et al. (2021c) gezeigt, dass eine
Kombination aus Siebung und NIR-
Sortierung den Sb-, Cl- und Cd-Gehalt
im verbleibenden Abfallstrom verrin-
gern kann. Insbesondere die Entfer-
nung der PVC-Fraktion in Kombination
mit der Entfernung der Feinfraktion,
z. B. < 20 mm, kann gute Ergebnisse
in Bezug auf die Analyten liefern. Die
Entfernung von PET hatte im Vergleich
dazu eher geringe Auswirkungen auf die
Schadstoffkonzentrationen im verblei-
benden Abfallstrom. Die Entfernung
von PET und PVC, nicht aber die Ent-
fernung der Feinfraktion, kann dagegen
zu einem Anstieg der Konzentrationen
einiger Schadstoffe führen. Eine weite-
re Fraktion, die große Mengen an Cl,
Abb. 3 Hg-Konzentrationen in verschiedenen Korngrößenklassen von gemischten Sb und Co enthielt, waren schwarze
Gewerbeabfällen und Beitrag jeder Korngrößenfraktion zur gesamten Hg-Belastung und graue Materialien, die jedoch mit
(Viczek et al. 2021b) herkömmlichen NIR-Sortern, die im
Bereich von 900 bis 1700 nm arbeiten,
nicht identifiziert oder nachgewiesen
werden können. Es gibt jedoch andere
Technologien, mit denen diese Stoffe
möglicherweise entfernt werden kön-
nen. Diese Stoffe erfordern in Zukunft
mehr Aufmerksamkeit in der Forschung
(Viczek et al. 2021c).
Zusammenfassend lässt sich sagen,
dass Verunreinigungen häufig in einer
breiten Palette von Produkten vorkom-
men und die Abfallwirtschaft daher
täglich damit konfrontiert wird. Aus
diesem Grund müssen bestehende,
entstehende und zukünftige Recycling-
konzepte, z. B. chemisches Recycling,
hohe Recyclingraten ermöglichen und
gleichzeitig ein qualitätsorientiertes Re-
cycling bieten.
3.2 Sekundäre Rohstoffe und
Energieträger in gemischten
Abfällen
Der Fokus in diesem Abschnitt liegt auf
Abb. 4 Unterer Heizwert verschiedener Korngrößenklassen von gemischtem Gewer- Kunststoffen und Ersatzbrennstoffen
beabfall und Beitrag jeder Korngrößenfraktion zum gesamten Heizwert (Viczek et al. (EBS) sowie deren Mitverbrennung, vor
2021b) allem bei der Klinkerherstellung in der
Zementindustrie.
• C: positive lineare Korrelation – hö- wert Gruppe C. Die Muster für Hg und
here Konzentrationen in den mittle- Heizwert sind in den Abb. 3 und 4 dar- 3.2.1 Kunststoffe
ren und großen Korngrößenklassen. gestellt. Ähnliche Ergebnisse wurden
auch von Curtis et al. (2019) berichtet, Der Gehalt an Kunststoffen in gemisch-
Während As, Cr, Co, Pb, Hg und Ni zur die vier Korngrößenklassen verschiede- ten Siedlungs- und Gewerbeabfällen
Gruppe A gehören, ist Cd der Gruppe B ner Proben von gemischen Gewerbe- liegt nach Weißenbach et al. (2019) und
zuzuordnen und Cl, Sb sowie der Heiz- abfall untersuchten und die Konzen- Möllnitz et al. (2020a) bei ca. 15 % für
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Abb. 5 Gehalt an Kunststoff-2D und Kunststoff-3D in gemischtem Gewerbeabfall (a) und gemischtem Siedlungsabfall (b) in ver-
schiedenen Korngrößen (Möllnitz et al. 2020a)
Abb. 6 Korngrößengrößenverteilung in den untersuchten Materialtypen für Kunststoffe-2D (a) und Kunststoffe-3D (b) normiert auf
100 % für gemischten Gewerbeabfall (Möllnitz et al. 2020a)
gemischte Siedlungsabfälle und zwi- halts in gemischten Siedlungs- und sind. Diese Information ist relevant,
schen 15 % und 23 % für gemischte Ge- Gewerbeabfällen nach einer Vorzerklei- um den Abfallstrom gezielt und effizi-
werbeabfälle. Beide Abfallarten werden nerung und Siebung der Feinfraktion ent zu behandeln und die gewünschte
in Splittinganlagen oder mechanisch- haben gezeigt, dass ein Siebschnitt von Fraktion im richtigen Prozessschritt
biologischen Anlagen u. a. zur Her- 20 mm etwa ein Drittel (Siedlungsabfall: abtrennen zu können. Auch für die
stellung von EBS oder in thermischen 33 %; Gewerbeabfall: 37 %) des Gesamt- Weiterverarbeitung ist die Partikelform
Anlagen (mit und ohne energetische materials nach der Vorzerkleinerung von großer Bedeutung für den Trenn-
Verwertung) behandelt (Anmerkung: In entfernt. Diese Feinfraktion hat einen und Sortiererfolg und die damit ver-
ausgewählten EU-Ländern einschließ- hohen Gehalt an Inertstoffen, Verun- bundene Reinheit der Zielfraktion (z. B.
lich Österreich ist die direkte Deponie- reinigungen und organischen Stoffen Flugverhalten von Folien in der NIR-
rung von unbehandelten gemischten (Möllnitz et al. 2020a; Viczek et al. Sortierung) (Möllnitz et al. 2020a).
Siedlungs- und Gewerbeabfällen ge- 2020a) und ist daher für die Kunststoff- Abb. 6 zeigt die Ergebnisse der sen-
setzlich verboten). Für eine weitere, verwertung ungeeignet. sorgestützten NIR-Sortierung jeder ein-
effizientere Verwertung der in diesen Die in Abb. 5 dargestellten Ergebnis- zelnen Korngrößenklasse in ihre Kunst-
Abfällen enthaltenen Kunststoffen ist es se zeigen, dass gemischte Gewerbeab- stoffarten am Beispiel von gemischten
notwendig zu wissen und zu verstehen, fälle einen doppelt so hohen Kunststoff- Gewerbeabfällen (Möllnitz et al. 2020a).
in welcher geometrischen Dimensi- 3D-Gehalt aufweisen wie gemischte Die Ergebnisse zeigen, dass bestimm-
on (zweidimensional/dreidimensional) Siedlungsabfälle. Der Kunststoff-2D- te Kunststofftypen in bestimmten Korn-
und in welchem Korngrößengrößen- Gehalt (z. B. Folien) ist dagegen in größenklassen häufiger vorkommen als
bereich sie nach der Vorzerkleinerung beiden gemischten Abfallarten ähn- in anderen und dass dies auch dimen-
– die üblicherweise der erste Verar- lich. Für beide Abfälle ist auch eine sionsabhängig ist. Diese Informationen
beitungsschritt in der mechanischen Abhängigkeit der Dimensionalität der sind wichtig, um die Reinheit der ex-
Aufbereitung ist und auf die Zerkleine- Kunststoffpartikel von der Korngröße trahierten Kunststoffe weiter zu erhö-
rung und Freisetzung der Abfallpartikel zu erkennen: Der Anteil der 3D-Par- hen, indem diejenigen Materialströme,
abzielt – vorliegen (Khodier et al. 2020). tikel ist in kleinen Korngrößenklassen die hohe Konzentrationen an bestimm-
Die Untersuchungen zur Gesamt- höher, während in großen Größenklas- ten Kunststoffarten aufweisen, effizient
zusammensetzung des Kunststoffge- sen mehr 2D-Kunststoffe zu finden geleitet werden.
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Originalarbeit
• EBS für die Primärfeuerung (EBS
„primär“): EBS mit einem Heizwert
zwischen 18 und 25 MJ/kgOS (ent-
sprechend der Klasse NCV 1, 2 oder
3 in EN 15359) und Korngrößen un-
ter 30 (35) mm, die für die Verwen-
dung als Hauptbrennstoff im Dreh-
rohrofen von Zementherstellungsan-
lagen geeignet sind.
3.2.3 Co-Processing von EBS-Aschen,
Bestandteile von EBS als
wertvoller Sekundärrohstoff
Die Hauptrohstoffe, die für die Herstel-
lung von Zementklinker benötigt wer-
den, sind CaO, SiO2, Al2O3 und Fe2O3.
Abb. 7 Durchschnittliche Aschezusammensetzung (arithmetisches Mittel) von pri- Eine typische Zusammensetzung von
mären(a)undsekundären(b)ErsatzbrennstoffeninMassenprozentTrockenmasse(Vic- Rohmehl für die Herstellung von Port-
zek et al. 2020b) landzementklinker ist: 77,36 Gew.-%
CaCO3, 13,73 Gew.-% SiO2, 2,93 Gew.-
Diese Ergebnisse zeigen deutlich, Median- und 80er-Perzentil)) und % Al2O3, 1,84 Gew.-% Fe2O3, 1,83 Gew.-
dass in den beiden untersuchten ge- in Abhängigkeit von den gemesse- % MgO, 1,08 Gew.-% SO3, 0,85 Gew.-
mischten Abfallarten ein hohes, noch nen Werten für jeden der genannten % K2O, 0,14 Gew.-% Na2O, 0,02 Gew.-
ungenutztes Potenzial an Kunststof- Parameter einer von insgesamt fünf % P2O5, 0,15 Gew.-% TiO2, 0,06 Gew.-%
fen vorhanden ist. Für die effiziente Klassen zugeordnet werden. Cl und 0,01 Gew.-% ZnO (Hökfors et al.
Verwertung bestimmter Kunststoffar- 2015). Ein Teil der benötigten Rohstoffe
ten ist eine frühzeitige Absiebung der In Österreich werden Ersatzbrennstoffe kann auch durch EBS-Asche bereitge-
Feinfraktion nach der Vorzerkleine- definiert als „. . . Abfälle, die vollstän- stellt werden, die bei der Mitverarbei-
rung sinnvoll, um Verunreinigungen dig oder in relevantem Ausmaß zur tung von EBS in der Zementindustrie
und Störstoffe zu entfernen (siehe auch Energieerzeugung genutzt werden und in den Klinker eingearbeitet und damit
Möllnitz et al. 2020b). die die festgelegten Qualitätskriterien recycelt wird.
Zusammenfassend zeigen alle Er- erfüllen . . . “. (BMLFUW 2002, 2008). Um den stofflich verwertbaren An-
gebnisse dieses Kapitels, dass die Rück- Die Qualitätskriterien sind Grenzwer- teil (R-Index) von EBS zu bestimmen,
gewinnung, Behandlung und Aufberei- te für Antimon, Arsen, Blei, Kadmium, haben Aldrian et al. (2020) eine analy-
tung von Kunststoffen aus nicht gefähr- Chrom, Kobalt, Nickel und Quecksilber tische Methode zur Bestimmung der
lichen, gemischten, festen Abfällen für und werden als Menge pro Energiege- Aschezusammensetzung entwickelt
ein mechanisches oder chemisches Re- halt ausgedrückt (d. h. Schadstoffgehalt und validiert und eine Formel zur Be-
cycling möglich sind. Durch die Über- pro Heizwert bezogen auf die Trocken- rechnung dieses R-Index vorgeschla-
führung dieser Kunststoffe aus der ther- substanz-mg/MJTS) (BMLFUW 2002). gen. Die durchschnittliche Aschezu-
mischen Behandlung in die stoffliche Sarc et al. (2019a) berichten über sammensetzung (arithmetisches Mittel)
Verwertung wird ein wichtiger Beitrag zwei Haupttypen von EBS für die von primären- und sekundären EBS ist
zur Erreichung der Recyclingziele, zur Zementindustrie, nämlich EBS in Abb. 7 dargestellt. Unterschiedliche
Ressourcenschonung und zur Reduzie- PREMIUM-Qualität und EBS MEDIUM- R-Indizes werden erreicht, wenn ver-
rung von Treibhausgasen geleistet. Qualität, und Viczek et al. (2020b) ge- schiedene Elementoxide berücksichtigt
ben zusätzlich die folgende Definition werden (Viczek et al. 2020b): Werden
3.2.2 Ersatzbrennstoffe (EBS) dieser beiden Typen: z. B. nur Al2O3, CaO, SiO2 und Fe2O3
• EBS für die Sekundärfeuerung (EBS berücksichtigt, werden R-Indizes von
EBS wurde vom CEN/TC 343 in der „sekundär“): Sekundärbrennstoffe 13,9 % (EBS sekundär) bzw. 13,3 % (EBS
Norm EN 15359:2011 (CEN 2010) als mit einem Heizwert zwischen 12 primär) erreicht. Wenn zusätzlich MgO,
Brennstoff (rechtlich „Abfall“) definiert, und 18 MJ/kgOS (entsprechend der TiO2, K2O, Na2O und SO3 berücksichtigt
der die folgenden vier Kriterien erfüllt: Klasse NCV 3 oder 4 in EN 15359), werden, steigen die R-Indizes auf 16,2 %
1. Er ist ein fester Brennstoff; die für den Einsatz in der Sekundär- für EBS sekundär oder 15,9 % für EBS
2. Er wird ausschließlich aus nicht ge- feuerung (Kalzinator, Ofeneinlauf, primär. Wird der gesamte Ascheanteil
fährlichen Abfällen hergestellt; Brennkammer mit hot-disc usw.) im als recycelt betrachtet, beträgt der R-In-
3. Er ist für die Energierückgewinnung Ofensystem von Zementwerken ge- dex 17,7 % (EBS sekundär) und 17,6 %
in Verbrennungs- oder Mitverbren- eignet sind. Die Korngrößen können (EBS primär).
nungsanlagen zu verwenden; bis zu 80 mm betragen, wenn sie in Das durchschnittliche SiO2: CaO:
4. Er muss bestimmte Qualitätskrite- einem Kalzinator oder am Ofenein- Fe2O3 + Al2O3-Verhältnis, das von Viczek
rien erfüllen (d. h. Heizwert (ausge- lauf verwendet werden, und bis zu et al. (2020b) beschrieben wird, ist in
drückt als Mittelwert), Chlorgehalt 300 mm für eine Brennkammer mit Abb. 8 dargestellt. Im Durchschnitt ist
(ausgedrückt als Mittelwert) und hot-disc. der Anteil von SiO2 in sekundären EBS
Quecksilbergehalt (ausgedrückt als etwas höher als in primären EBS. Im
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Originalarbeit
Abb. 9 Trinität der Echtzeit-Prozess-
steuerung (Khodier 2021)
nis des Einflusses ihrer Parameter (wie
z. B. der Spaltweite eines Grobzerklei-
nerers) auf den Prozess ist für den op-
timierten Betrieb der Aufbereitungsan-
lagen von entscheidender Bedeutung –
sowohl im Hinblick auf die Prozessei-
Abb. 8 Ternärdiagramm, welches die Zusammensetzung der Asche von 80 unter- genschaften wie z. B. den Durchsatz,
suchten EBS-Proben und ihre durchschnittliche Zusammensetzung im Vergleich zu als auch auf die Qualität des erzeugten
anderen relevanten Roh- und Brennstoffen zeigt (Viczek et al. 2020b) Materials.
Dennoch werden Abfallaufberei-
Allgemeinen ist das Verhältnis dieser terentwicklung sehen (Sarc Hermann tungsmaschinen oft mit festen Parame-
Elementoxide in der EBS-Asche ähn- 2018). tereinstellungen getestet und betrieben,
lich wie in Braunkohle, EBS-Primär hat Im Folgenden werden ausgewählte welche nach Erfahrung und Intuition
sogar ein ähnliches Verhältnis wie Klär- Ergebnisse auf verschiedenen Ebenen gewählt werden, ohne dass ein physika-
schlamm. Ein hoher CaO-Anteil vieler der Digitalisierung dargestellt: lischer oder statistischer Nachweis der
Proben verschiebt das Verhältnis in • Digitalisierung als modernes Werk- Optimalität vorliegt, wie Khodier (2021)
Richtung zum gewünschten Verhältnis zeug zur innovativen datenbasierten für die Grobzerkleinerung aufzeigt. Ein
im Klinker. Entwicklung von Smart Processes; Hauptgrund für diesen unbefriedigen-
Folglich kommt es bei der Verwer- • Online-Ontime-Partikelcharakteri- den Status quo ist die Komplexität,
tung von Ersatzbrennstoffen in der sierung und Qualitätssicherung; welche mit der Untersuchung von ge-
Klinkerproduktion nicht nur zu einer • Experimentelle Überwachung von mischten festen Abfällen einhergeht.
thermischen, sondern auch zu einer Abfallströmen und Maschinenleis- Die Arbeit von Khodier et al. (2020)
stofflichen Verwertung, da auch Mine- tung in Abfallbehandlungsanlagen. gibt eine allgemeine Einführung in
ralien aus der Ersatzbrennstoff-Asche die Methode, zur Untersuchung von
in den Zementklinker eingebracht wer- 3.3.1 Digitalisierung als modernes nicht gefährlichen gemischten festen
den. Dies bedeutet, dass das lokal oder Werkzeug zur innovativen Abfällen, wobei auch die Wahl des Ver-
regional organisierte Recycling und die datenbasierten Entwicklung von suchsplans und das Versuchsplanmo-
thermische Verwertung von EBS in der Smart Processes dell ausführlich erörtert wird. Diese
Zementindustrie, allgemein als EBS- Veröffentlichung ist daher eine wichti-
Mitverwertung bezeichnet, einen be- Eine intelligente Echtzeit-Prozesssteue- ge Referenz für die Einbeziehung der
deutenden Beitrag zum Abfallmanage- rung für Abfallverwertungsanlagen empirischen Modellierung in mechani-
ment für die weltweit produzierende – aber auch allgemein – erfordert nach sche Abfalluntersuchungen.
Zementindustrie darstellt. Khodier (2021) drei grundlegende Ele- Neben dem Nachweis des Potenzi-
mente (siehe Abb. 9): „Messtechnik, die als der gewählten Methoden liefert die
3.3 Digitalisierung der den Zustand und die Leistung des Pro- Arbeit auch quantitative Aussagen zu
Abfallcharakterisierung und der zesses misst, Algorithmen, die aus den den Einflüssen bestimmter Faktoren
Behandlungsprozesse für Messungen optimale Faktoreinstellun- (Spaltweite, Wellendrehzahl, Schneide-
gemischte Abfälle gen berechnen, und Aktoren, wie z. B. werkzeuggeometrie) auf den Durchsatz
die Spaltweite eines Zerkleinerers, die (in Masse und Volumen), die Durch-
Sarc et al. (2019b) berichten, dass die als veränderbare Faktoren zur Beeinflus- satzstetigkeit (als Quotient aus 10er-
Digitalisierung in der Abfallwirtschaft sung des Prozesses dienen“. Aufgrund und 90er-Perzentil des Massen- und
im Vergleich zu anderen Industriezwei- der Vielfalt und Komplexität des Abfalls Volumenstroms) und den spezifischen
gen noch in den Kinderschuhen steckt. ist die Frage der Online-Messung von Energiebedarf. Die Ergebnisse für je-
Dennoch sind „Digitalisierung“ und Materialqualitäten ein hochrelevantes den Faktor – unter durchschnittlichen
„Industrie 4.0“-Ansätze in der Abfall- Thema in der aktuellen Forschung. Einstellungen der entsprechenden an-
wirtschaft von hohem Interesse und Bei der mechanischen Aufberei- deren beiden Faktoren – sind in Abb. 10
eine 2017 durchgeführte Umfrage zeigt, tung gemischter fester Abfälle kommen dargestellt.
dass 63 % der Unternehmen die Digi- verschiedene Aufbereitungsmaschinen Schließlich kommen Khodier et al.
talisierung als Chance für eine Wei- zum Einsatz, z. B. Zerkleinerer, Siebe (2020) zu dem Schluss, dass die
und Magnetabscheider. Das Verständ- Schneidwerkzeuggeometrie der Fak-
„ReWaste4.0“ – Abfallwirtschaftliches Kompetenzzentrum am AVAW der Montanuniversität LeobenOriginalarbeit
Sie motivieren aber auch zu weiterfüh-
render Forschung, um die Genauigkeit
der Messungen einzelner Partikel zu
erhöhen, damit eine gute verteilungsu-
nabhängige Performance der Methode
gewährleistet werden kann – z. B. durch
Auswertung der Performance mittels
maschinellen Lernens.
Wie bereits beschrieben, sind zeit-
nahe und qualitativ hochwertige Daten
wichtig für die Entwicklung von digitali-
sierten Lösungen in der Abfallwirtschaft
bis hin zu einer Anlage der Zukunft. Zur
Messung von Abfalldaten werden ver-
schiedene Sensoren eingesetzt. Daher
wurde mit ReWaste4.0 eine neue Ebe-
ne der Abfallstoffcharakterisierung für
gemischte Abfälle eingeführt, nämlich
die Charakterisierung auf Partikelebe-
ne. Das Ziel ist es, diesen Ansatz online
(d. h. in Echtzeit) und zeitnah (d. h.
direkt vor und nach jedem Verarbei-
tungsschritt) anzuwenden. Somit kann
einerseits eine Überwachung der Ab-
fallbehandlungsprozesse erfolgen und
andererseits ein Qualitätssicherungs-
konzept für Abfallstoffe durchgeführt
werden. Dieser Ansatz würde Daten für
eine „intelligente Kommunikation“ zwi-
schen Materialqualität und Maschinen-
sowie Anlagenleistung liefern, wie sie
von Re-Waste4.0 (Sarc 2017) angestrebt
wurde.
Wie von Weißenbach und Sarc
(2021a, b) beschrieben, wurde die Un-
tersuchung auf der Ebene einzelner
Abb. 10 Effektdiagramme mit Konfidenzbereichen für den Einfluss von Spaltweite, Partikel durchgeführt und insgesamt
Wellendrehzahl und Schneidwerkzeuggeometrie auf Durchsatz, Durchsatzstabilität acht Fraktionen charakterisiert, näm-
und spezifischen Energiebedarf bei mittleren Einstellungen der jeweils anderen Fakto- lich: Papier/Karton, Holz und Geträn-
ren (Khodier et al. 2020) keverbundstoffe sowie die Kunststoff-
fraktionen PE, PP, PS, PET und Poly-
vinylchlorid (PVC). Ausgewählte Para-
tor mit dem größten Einfluss ist und den. Solche zweidimensionalen Bilder meter sind die projizierte Partikelfläche
nicht durch die leicht veränderbaren können in realen Verarbeitungsanla- und die Partikelmasse. Insgesamt wur-
Einstellungen von Spaltweite und Wel- gen durch den Zugriff auf RGB-Sen- den 15.542 Partikel aus feinem EBS
lendrehzahl kompensiert werden kann. soren auf dem Beschleunigungsband (< 30 mm) untersucht. Anschließend
von sensorgestützten Sortieranlagen wurden einzelne Partikel aus EBS mit
3.3.2 Online-Ontime- gewonnen werden. Potenzielle geome- einer Korngröße von 30 bis 80 mm (1078
Partikelcharakterisierung und trische Deskriptoren wurden in einer Partikel) sowie eine vorbehandelte Ge-
Qualitätssicherung Literaturrecherche gesammelt: Dazu werbeabfall-Fraktion mit einer Korn-
gehören beispielsweise die kleinsten größe von 80 bis 500 mm (1268 Partikel)
Kandlbauer et al. (2021) befassen sich geschlossenen Polygone (z. B. Dreiecke, untersucht (Weißenbach Sarc 2021b).
mit der Online-Messung der Korngrö- Kreise, Rechtecke) und Feret-Durch- Alle Daten wurden statistisch ausge-
ßenverteilung von zerkleinertem ge- messer. Eine PLSR verwendet diese in wertet und führen zusammenfassend
mischtem Gewerbeabfall, bestimmt einem kombinierten Modell, das die zu den folgenden Ergebnissen. Wie ge-
durch ein Trommelsieb. In ihrem An- Anzahl der empirischen Modellkon- zeigt, ist der projizierte Flächeninhalt
satz werden die Korngrößen durch stanten gering hält. Kandlbauer et al. für vorbehandelten Gewerbeabfall 10-
ein PLSR-Modell (Partial Least Squa- (2021) stellen abschließend fest, dass – mal größer als der Wert für EBS sekun-
re Regression) bestimmt, das auf geo- obwohl es noch offene Fragen, z. B. där und dieser wiederum 3- bis 4-mal
metrischen Beschreibungen der Par- bezüglich der Bildqualität gibt – bei größer als der Wert für EBS primär. Für
tikelformen basiert, die aus zweidi- der individuellen Betrachtung verschie- die Masse haben die Werte Faktoren
mensionalen RGB-Bildern (Rot-Grün- dener Materialfraktionen die Leistung von 13 bis 14 (vorbehandelte Gewer-
Blau) einzelner Partikel abgeleitet wur- der Modelle sehr vielversprechend ist. beabfälle vs. EBS sekundär) und von
„ReWaste4.0“ – Abfallwirtschaftliches Kompetenzzentrum am AVAW der Montanuniversität LeobenOriginalarbeit
etwa 6 (EBS sekundär vs. EBS primär) mationen für ein besseres Verständnis und international anerkannte Stan-
ergeben (Weißenbach 2021; Weißen- des Aufbereitungsprozesses und sei- dards für die Probenahme von Abfäl-
bach Sarc 2021a, b). ner Bedingungen gewährleistet. Weiters len angewandt. Die Ergebnisse lassen
haben Schwankungen auch einen si- den Schluss zu, dass die Erhöhung der
3.3.3 Experimentelle Überwachung von gnifikanten Einfluss auf die Leistung Anzahl der Einzelproben für die Her-
Abfallströmen und der nachfolgenden Maschinen und stellung von Mischproben eine größere
Maschinenleistung in können die Produktqualität und den positive Wirkung auf die Probenahme-
Abfallbehandlungsanlagen damit verbundenen Marktwert des Pro- qualität hat als die Erhöhung der Masse
dukts direkt beeinflussen. Schließlich der Mischprobe.
Curtis et al. (2021) und Curtis und kann die Kombination von Online- und Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass
Sarc (2021) haben Durchsatzschwan- On-Time-Überwachungssystemen des der Gehalt an wertvollen Kunststoffen
kungen in einer semi-großen „Tech- Materialflusses, der Maschinen, Ver- etwa 15 % in gemischten Siedlungsab-
nikumslinie4.0“ (technische Produkti- brauch, Maschineneinstellungen und fällen und 15 bis 23 % in gemischten
onslinie 4.0) und in großtechnischen Leistungskontrolle, mit geeigneter Da- Gewerbeabfällen beträgt. Aus verfah-
Experimenten eingehend untersucht tenerfassung, -analyse und -verwaltung renstechnischer Sicht ist für eine ef-
und anhand der Ergebnisse eine Unter- sowie digitalen Vernetzungswerkzeu- fiziente Rückgewinnung dieser Kunst-
scheidung getroffen in: gen, zur Weiterentwicklung zu einer stoffe eine Absiebung der Feinfraktion
• Kurzfristige Schwankungen (ausge- Smart Waste Factory für den Abfallbe- nach der Vorzerkleinerung sinnvoll,
drückt als Durchsatzänderung in In- handlungssektor beitragen. um Verunreinigungen und Störstof-
tervallen < 15 s); fe zu entfernen. Darüber hinaus ist
• Mittelfristige Schwankungen (ausge- 4 Zusammenfassung nach einer Stoffstromaufteilung auf
drückt als Durchsatzänderung in In- Basis der Partikeldimensionierung ei-
tervallen von 15 bis 600 s); Im Rahmen des FFG-geförderten COMET ne weitere Siebklassierung in gezielte
• Langfristige Schwankungen (ausge- K-Projekts „ReWaste4.0“ initiierten 2017 Korngrößenklassen erforderlich, um
drückt als Durchsatzänderung in In- zwei wissenschaftliche und acht Unter- höhere Kunststoffkonzentrationen zu
tervallen > 600 s). nehmenspartner den ambitionierten erreichen und die Anlagenkapazitäten
und notwendigen Umschwung für die effizienter zu nutzen. Die vorgestellten
Wie die Experimente von Curtis et al. Transformation der nicht gefährlichen Ergebnisse zeigen, dass alle untersuch-
(2021) und Curtis und Sarc (2021) gemischten Siedlungs- und Gewerbe- ten Kunststofftypen und -gemische für
zeigen, resultieren die kurzfristigen abfallwirtschaft hin zu einer Circular die Herstellung von Kunststoff-Flakes
Schwankungen vor allem aus der Mate- Economy 4.0. ReWaste4.0 und das ge- und Granulaten geeignet sind und nach
rialzusammensetzung, der Beschaffen- nehmigte Nachfolgeprojekt „Recycling einer geeigneten und qualitätsorientier-
heit und den Korngrößenmerkmalen and Recovery of Waste for Future (Re- ten Aufbereitung zu einem wertvollen
des Materials sowie aus maschinen- Waste F-2021–2025)“ sind zukunftswei- Sekundärrohstoff werden können.
spezifischen Parametern (z. B. Trom- sende Projekte, die auf den gesetzlichen Hinsichtlich der Schadstoffe in den
melsiebgeschwindigkeit, Reversierin- Entwicklungen in der EU, insbeson- untersuchten Abfällen kann festgestellt
tervalle der Shredder). Mittelfristige dere dem Circular Economy Package werden, dass diese nicht nur in be-
Schwankungen resultierten vor allem von 2015 und 2018 und dem Euro- stimmten Materialien, sondern auch in
aus einer diskontinuierlichen Beschi- pean Green Deal von 2019, sowie den ausgewählten Korngrößenklassen an-
ckung mit dem Radlader oder anderen Marktentwicklungen hinsichtlich Digi- gereichert sind. Nichtsdestotrotz sind
Beschickungsmaschinen. Langfristige talisierung und Industrie 4.0-Ansätzen Schadstoffe in einer breiten Palette
Schwankungen liegen in einem Be- basieren. von Produkten vorhanden und die Ab-
reich von > 600 s und resultieren aus Kreislaufwirtschaft 4.0 beinhaltet ein fallwirtschaft muss mit ihnen richtig
Änderungen der Maschinenparame- besseres Verständnis der in Produkten umgehen, um qualitätsgesicherte Se-
ter – während der Versuche wurden und Abfällen enthaltenen Schadstoffe kundärrohstoffe und Energieträger aus
keine derartigen Schwankungen re- (Anmerkung: Jedes Produkt wird letzt- gemischten Abfällen für den Recycling-,
gistriert, da alle Shredderparameter endlich zu einem Abfall werden – es Verwertungs- und Co-Processing-Sek-
konstant gehalten wurden. Zusätzlich ist nur eine Frage der Zeit!), vertieftes tor herzustellen.
wurden Schwankungen hinsichtlich Know-how über Sekundärrohstoffe und Digitalisierung und Industrie-4.0-An-
ihres Einflusses auf die Leistung aus- Energieträger und die Anwendung von sätze stehen erst am Anfang ihrer Ein-
gewählter (nachfolgend positionierter) Digitalisierungs- und Industrie-4.0-An- führung in den Abfallbehandlungssek-
Maschinen wie der sensorgestützten sätzen bei der Abfallcharakterisierung tor. Insbesondere die Echtzeit-Über-
Sortiermaschine sowie einer Überwa- und in der Abfallbehandlung. wachung, die Datenanalyse und -ver-
chungseinheit nach einem Zerklei- Beim Umgang mit gemischten Ab- waltung sowie die Prozesssteuerung
nerungsschritt untersucht. Auf diese fällen wie gemischten Siedlungs- und für Abfallbehandlungsanlagen sollen in
Weise konnten die gemessenen Daten Gewerbeabfällen mit hoher stofflicher Zukunft entwickelt werden. Der Bereich
der Volumenstromschwankungen mit Heterogenität und verschiedenen Korn- der gemischten Abfallbehandlung hat
der Leistungsaufnahme des Shredders größen ist eine repräsentative Probe- spezifische Herausforderungen, wie die
kombiniert werden. Die Ergebnisse zei- nahme und Analyse solcher Abfälle sich ständig ändernde Abfallqualität
gen, dass Schwankungen im Durchsatz von hoher Priorität, da die Ergebnis- sowie material- und maschinenbeding-
mithilfe von Volumenstrommesssys- se alle weiteren Schritte beeinflussen. te Schwankungen. Diese sollten bei
temen ermittelt werden können, was Daher wurden im Rahmen von ReWas- der Entwicklung von intelligenten Be-
die Verfügbarkeit ausgewählter Infor- te4.0 die Grundsätze der Probenahme handlungslösungen berücksichtigt wer-
„ReWaste4.0“ – Abfallwirtschaftliches Kompetenzzentrum am AVAW der Montanuniversität LeobenOriginalarbeit
den. Die im Rahmen von ReWaste4.0 Abfall-, Sekundärrohstoff- und Energie- Interessenkonflikt
gewonnenen Ergebnisse unterstützen wirtschaft voranbringen. Darüber hi-
schließlich die Entwicklung weiterer naus sind partikel-, sensor- und daten- R. Sarc und R. Pomberger geben an,
digitalisierter Lösungen für die Abfall- basierte Technologien (Maschinen und dass kein Interessenkonflikt besteht.
behandlung und insbesondere für den Prozesse werden zu cyber-physical-sys-
Fall einer sogenannten Smart Waste tems) und die digitale und intelligente Open Access Dieser Artikel wird unter
Factory. Vernetzung (einschließlich der Ent- der Creative Commons Namensnen-
ReWaste F – Recycling and Recovery wicklung einer herstellerunabhängigen nung 4.0 International Lizenz veröffent-
of Waste for Future – ist die konse- „digitalen Plattform“) entscheidend, licht, welche die Nutzung, Vervielfäl-
quente, qualitativ hochwertige F&E- um die Online-/Ontime-Kommunika- tigung, Bearbeitung, Verbreitung und
Fortsetzung für den Zeitraum 2021 bis tion von Material-Maschine-Maschine Wiedergabe in jeglichem Medium und
2025 – aufbauend auf dem umfangrei- innerhalb neuer „Smart Waste Factory- Format erlaubt, sofern Sie den/die ur-
chen Know-how und den weitreichen- Lösungen“ zu ermöglichen und einen sprünglichen Autor(en) und die Quelle
den Ergebnissen von ReWaste4.0, unter Mehrwert entlang der gesamten Wert- ordnungsgemäß nennen, einen Link zur
Berücksichtigung aktueller und zukünf- schöpfungskette zu generieren. Creative Commons Lizenz beifügen und
tiger Abfallströme (d. h. nicht gefähr- angeben, ob Änderungen vorgenom-
liche gemischte Abfälle), Technologie- Danksagung Der Autor dankt dem ge- men wurden.
(Maschinen, Sensoren, Kameras) und samten ReWaste4.0-Team (insbesonde-
Digitalisierungsentwicklungen (Daten- re seinem PhD-Team: Alexander Curtis, Die in diesem Artikel enthaltenen Bil-
analytik, Simulation sowie intelligente Karim Khodier, Selina Möllnitz, Sandra der und sonstiges Drittmaterial unter-
Material-Maschine-Maschine-Digital- Viczek und Thomas Weißenbach), so- liegen ebenfalls der genannten Crea-
verknüpfung). wie allen Projektpartnern für die ausge- tive Commons Lizenz, sofern sich aus
ReWaste F wurde mit einem erwei- zeichnete und sehr erfolgreiche Zusam- der Abbildungslegende nichts anderes
terten Konsortium (d. h. vier wissen- menarbeit. ergibt. Sofern das betreffende Materi-
schaftlichen und 14 Unternehmens- al nicht unter der genannten Creative
partnern) und vertiefter Daten-, Sen- Förderung Das Kompetenzzentrum Commons Lizenz steht und die betref-
sor- und digitaler Vernetzungsexpertise Recycling and Recovery of Waste 4.0 – fende Handlung nicht nach gesetzlichen
entwickelt, um eine partikel-, sensor- ReWaste4.0 – (860884) wird im Rahmen Vorschriften erlaubt ist, ist für die oben
und datenbasierte Kreislaufwirtschaft von COMET – Competence Centers aufgeführten Weiterverwendungen des
zu schaffen und umzusetzen. In ReWas- for Excellent Technologies durch BMK, Materials die Einwilligung des jeweili-
te F werden die Partner die Branche auf BMDW und Land Steiermark gefördert. gen Rechteinhabers einzuholen.
dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft Das Programm COMET wird durch die Weitere Details zur Lizenz entnehmen
und -technologie im Sinne des neu FFG abgewickelt. Sie bitte der Lizenzinformation auf
veröffentlichten Europäischen Green http://creativecommons.org/licenses/
Deals 2019 für eine nachhaltige und Funding Open access funding provided
by/4.0/deed.de.
ressourceneffiziente Entwicklung der by Montanuniversität Leoben.
Literatur
Aldrian, A.; Viczek, S.A.; Pomberger, R.; Sarc, R. 2018)]; Federal Ministry for Climate Protection, Waste4.0, Montanuniversitaet Leoben on 8 Oc-
Methods for identifying the material-recyclable Environment, Energy, Mobility, Innovation and tober 2018.
share of SRF during co-processing in the cement Technology: Vienna, Austria, 2020. Curtis, A.; Sarc, R. Real-Time Monitoring of
industry. Methods X 2020, 7, 100837, https://doi. BMLFUW. Richtlinie für Ersatzbrennstoffe Volume Flow, Mass Flow and Shredder Power
org/10.1016/j.mex.2020.100837. [Guideline for Waste Fuels]; BMLFUW: Vienna, Consumption in Mixed Solid Waste Processing.
ASI (Austrian Standards Institute). ÖNORM Austria, 2008. Waste Management 2021, 131, 41–49, https://
EN 15442—Solid Recovered Fuels—Methods for BMLFUW. Verordnung des Bundesministers doi.org/10.1016/j.wasman.2021.05.024.
Sampling; ASI: Vienna, Austria, 2011. für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Curtis, A.; Adam, J.; Pomberger, R.; Sarc, R. Grain
Austrian Research Promotion Agency (FFG). Wasserwirtschaft und des Bundesministers für size-related Characterization of Various Non-
COMET—Competence Centers for Excellent Wirtschaft, Familie und Jugend über die Ver- hazardous Municipal and Commercial Waste for
Technologies—General Information, Factsheets brennung von Abfällen (Abfallverbrennungsver- Solid Recovered Fuel (SRF) Production. Detritus
and Success Stories. 2021. Available online: ordnung – AVV) [Waste Incineration Ordinance] 2019, 7, 55–67, https://doi.org/10.31025/2611-
https://www.ffg.at/en/comet-competence-cen BGBl. II Nr. 389/2002, as Amended BGBl. II 4135/2019.13847.
ters-excellent-technologies (accessed on Nr. 135/2013. Available online: https://www.ris. Curtis, A.; Küppers, B.; Möllnitz, S.; Khodier, K.;
18.04.2021). bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=Bundes Sarc, R. Real time material flow monitoring in
Austrian Standard Institute (ASI). ÖNORM normen&Gesetzesnummer=20002239 (accessed mechanical waste processing and the relevan-
S 2100: 2005 10 01, 2005. Abfallverzeichnis on 01.03.2021). ce of fluctuations. Waste Manag. 2021, 120,
[Waste List]. BMU. Verordnung über die Bewirtschaftung 687–697, https://doi.org/10.1016/j.wasman.
BKA (Bundeskanzleramt Österreich). Bundesge- von Gewerblichen Siedlungsabfällen und von 2020.10.037.
setz über eine Nachhaltige Abfallwirtschaft (Ab- Bestimmten Bau- und Abbruchabfällen (Gewer- EC (European Commission). A European Green
fallwirtschaftsgesetz 2002 – AWG 2002) [Waste beabfallverordnung) [Commercial Waste Ordi- Deal. 2019. Available online: https://ec.europa.
Management Act]. BGBl. I Nr. 102/2002, as nance]. Amendment 2017: BGBl. I S. 896. Availa- eu/info/node/123797 (accessed on 01.03.2021).
Amended BGBl. I Nr. 24/2020. Available online: ble online: https://www.gesetze-im-internet. EC (European Commission). Circular Econo-
https://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe de/gewabfv_2017/BJNR089600017.html (acces- my Package. 2018. Available online: https://
?Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnummer=20 sed on 01.03.2021) ec.europa.eu/environment/circular-economy/
002086 (accessed on 01.03.2021). CEN. CENprEN 15359:2010 Solid Recovered first_circular_economy_action_plan.html (ac-
BMK. Die Bestandsaufnahme der Abfallwirt- Fuels—Specifications and Classes; CEN: Brus- cessed on 01.03.2021).
schaft in Österreich, Statusbericht 2020 (Refe- sels, Belgium, 2010. EC (European Commission). Closing the Loop:
renzjahr 2018) [Inventory of Waste Management Curtis, A.; Sarc, R. Definition of the Term „Smart Commission Adopts Ambitious New Circular
in Austria, Status Report 2020 (Reference Year Waste Factory Network“ within the Project Re- Economy Package to Boost Competitiveness,
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