Wiederverwendung von minderwertigem Metallschrott durch nachgerüstete Sensoren und fortschrittliche Prozesssteuerung
In der europäischen Verarbeitungsindustrie, insbesondere energieintensiven Industrien, werden immense Mengen an Energie und Rohstoffen verbraucht. In der metallverarbeitenden Industrie kann beides durch das Rezyklieren und Wiederverwenden von Metallschrott erheblich reduziert werden. Doch die Verarbeitung von zunehmend differenziertem Metallschrott bei effizientem Energie- und Ressourceneinsatz ist schwierig. Diese Probleme wurden im EU-finanzierten Projekt REVaMP mit Sensortechnologien, Entscheidungshilfesystemen sowie Werkzeugen zur Prozessüberwachung und -steuerung angegangen. Das Team ermöglichte erstmals, Metallschrott in Großmengen zu charakterisieren und entsprechend zu verarbeiten, um mit weniger Material und Energie hochwertige Produkte zu fertigen.
Metallschrottanalyse in Großmengen mittels High-Tech-Sensoren
Das Neuschmieden von Metall ist das wohl älteste Recyclingverfahren der Welt – es wird seit über 2 000 Jahren praktiziert. In modernen Metallverarbeitungsanlagen wird Metallschrott als Sekundärrohstoff im Schmelzprozess verwendet. Die Zusammensetzung ist höchst variabel, sodass teurere Schrottsorten mit bekannten Eigenschaften oder sogar Primärrohstoffe bevorzugt werden, um die Qualität der Endprodukte zu gewährleisten. Der Projektkoordinator Bernd Kleimt vom BFI berichtet: „Die integrierten Sensoren von REVaMP basieren auf der Prompte-Gamma-Neutronenaktivierungsanalyse (PGNAA) und laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIBS). Mit PGNAA und LIBS wurde die Analyse von Metallschrott im Großformat in Containern durchgeführt, zum Beispiel auf Lastwagen – das wurde vorher noch nie versucht.“ Kombiniert mit statistischen Methoden der Projektpartner kann mit den Sensoren eine umfassende Charakterisierung der verwendeten Schrottarten erfolgen. So können größere Mengen des günstigen, minderwertigen Schrotts bei gleichbleibender Produktqualität verwertet werden.
Energie- und Materialeinsparungen durch Sensoren und IKT-Werkzeuge
„Mit den Entscheidungshilfesystemen von REVaMP wird der Chargenmix (die Materialeingabe in den Ofen) für minimale Kosten für eine bestimmte Produktqualität anhand der tatsächlichen Eigenschaften der verwendeten Schrottmaterialien bestimmt. Mit dem modellbasierten Steuerungssystem kann der Energie- und Materialeinsatz dynamisch an die jeweilige Schmelze angepasst werden. Dadurch werden in den Schmelzöfen weniger Energie und Ressourcen verbraucht“, erklärt Kleimt. Bei allen drei Anwendungsfällen – schrottbasierte Fertigung von Elektrostahl, Aluminiumfeinung und Bleirecycling – konnten der Energieverbrauch, die Emissionen, der Materialeinsatz und die Materialkosten durch den Einsatz des Werkzeugs für einen optimalen Chargenmix und das modellbasierte Steuerungssystem reduziert werden. Bei der Aluminiumfeinung wurden der Erdgasverbrauch des Schmelzofens zum Beispiel um 15 % und die CO2-Emissionen um etwa 5 % gesenkt. Die Kosten für den Verbrauch reiner Legierungen wurden zusätzlich um 3-18 % verringert. Durch die optimierte Auswahl von Werkblei beim Bleirecycling wurde etwa eine Tonne Legierungsmaterialien pro Jahr eingespart.
Einfache Nachbildung in anderen energieintensiven Industrien
Die meisten der entwickelten Technologien können in anderen energieintensiven Industrien nachgerüstet werden, in denen Sekundärrohstoffe als Ausgangsmaterial verwendet werden, entweder direkt oder durch kleine Anpassungen. Kleimt sagt abschließend: „Mit den Ergebnissen von REVaMP wird die Kreislaufwirtschaft in der Metallindustrie gestärkt, indem mehr Metallschrott und andere metallische Rückstände verarbeitet werden können. Durch die Einsparungen bei Primärrohstoffen und Energie sowie fertigungsbezogenen CO2-Emissionen kann die EU die Verpflichtungen im Rahmen des europäischen Grünen Deals einhalten.“
Schlüsselbegriffe
REVaMP, Metall, Energie, Metallschrott, Sensoren, Recycling, energieintensive Industrien, Fertigungsindustrie, PGNAA, LIBS, Prozesssteuerung
