Müllverbrennungsaschen für ressourcenschonende Betonherstellung

(1.7.2021) 5,2 Millionen Tonnen Müllverbrennungsaschen werden bislang nicht hochwertig weiterverarbeitet und größtenteils sogar ungenutzt auf Deponien entsorgt. Bestimmte Anteile des Stoffgemischs haben allerdings ähnliche Eigenschaften wie Bestandteile von Beton. Die TH Köln hat daher im Forschungsprojekt ASHCON ein Verfahren für den Einsatz von aufbereiteten Müllverbrennungsaschen (MV-Aschen) für die Betonherstellung entwickelt.

Transportbeton und Betonwerkstein könnten künftig aus Wasser, Müllverbrennungsreststoffen (unten links), Gesteinskörnung (oben rechts) und Zement (unten rechts) hergestellt werden. (Foto © TH Köln) 

Müllverbrennungsaschen (MV-Aschen) bestehen aus metallischen Anteilen und zu einem großen Teil aus mineralischen Stoffen. „Die mineralischen Anteile bieten sich wegen ihrer Körnung als Ersatzstoff für natürliche Ressourcen wie Kies oder Sand an, die bei der Betonherstellung eingesetzt werden“, so Prof. Dr. Björn Siebert vom Labor für Bau- und Werkstoffprüfung der TH Köln. „Im Vorhaben wollen wir herausfinden, wie die MV-Aschen aufbereitet und verarbeitet werden müssen, um als alternative Ausgangsstoffe für die Herstellung von Transportbeton – das ist Beton, der in frischem Zustand geliefert wird – und Betonwerkstein, zum Beispiel Pflastersteine, verwendet werden zu können.“

Modifizierung der Betonrezeptur

Die geplanten ersten Schritte im Projekt sind eine repräsentative Probenahme von MV-Aschen aus Deponien am Standort :metabolon in Lindlar und Müllverbrennungsanlagen in Leverkusen sowie eine Charakterisierung und Aufbereitung der Proben. „Bevor die MV-Aschen weiterverarbeitet werden können, müssen zunächst die schwermetallischen und metallischen Bestandteile abgetrennt werden. Anschließend werden die Proben ausgehend von der Größe der jeweiligen Körnung mittels eines neuen industriellen Mess- und Sortierverfahrens in Korngruppen eingeteilt“, erklärt Prof. Siebert.

Das Team des Labors für Bau- und Werkstoffprüfung entwickelt in einem weiteren Schritt zusammen mit Industriepartnern modifizierte Grundrezepturen für die Betonherstellung. „Beton besteht aus mehreren Komponenten und reagiert sensibel auf Veränderungen in der Zusammensetzung“, so Prof. Siebert. „Mit unterschiedlichen Korngrößen der aufbereiteten MV-Aschen können wir die Rezeptur sukzessive anpassen und Faktoren wie die Fließfähigkeit und Viskosität, also Klebrigkeit, des Betons verändern.“ Anschließend werden Probekörper hergestellt und hinsichtlich ihrer Verarbeitungseigenschaften, Umweltverträglichkeit und Langlebigkeit überprüft.

Interdisziplinäres Forschungsprojekt

Das Forschungsvorhaben „Einsatz von aufbereiteter Müllverbrennungsasche als Ausgangsstoff bei der Betonherstellung“ (ASHCON) wird von Prof. Siebert geleitet. Beteiligte innerhalb der Hochschule sind zudem Prof. Dr. Ramchandra Bhandari vom Institut für Technologie und Ressourcenschonung in den Tropen und Subtropen, Prof. Dr. Jan Wilkens von der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften sowie Prof. Dr. Christian Wolf vom :metabolon Institute.

Projektpartner sind das Institut für Infrastruktur, Wasser, Ressourcen und Umwelt (IWARU) an der FH Münster, das Institut für Bauforschung der RWTH Aachen, das Fraunhofer Institut für Bauphysik, der Bergische Abfallwirtschaftsverband, die Aachen Institute for Nuclear Training GmbH (AiNT), die Fertigbeton Rheinland GmbH & Co. KG, die METTEN Stein+Design GmbH & Co. KG, die AVEA GmbH & Co. KG sowie die Portlandzementwerk Wittekind Hugo Miebach & Söhne KG. Das Projekt wird über drei Jahre im Rahmen des Förderprogramms „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Bauen und Mineralische Stoffkreisläufe“ (ReMin) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.