VinylAcid (Salzsäure aus PVC)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 649.28.20

Schlüsselwörter (Deutsch)

KVA, Schlacke, Filterasche, Rauchgas, Reinigung, PVC-Verbrennung, Säure, Salzsäure

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In der Schweiz werden alle organischen Abfälle, die nicht wiederverwertbar sind, verbrannt. Aus rund 4 Mio. Tonnen verbrannten Abfällen entstehen dabei ca. 800'000 t Rostasche ("Schlacke") und etwa 70'000 t Filterasche. Diese Filterasche enthält hohe Konzentrationen an wasserlöslichen Schwermetallen. Um zu verhindern, dass die Schwermetalle aus den Deponien ausgewaschen werden, muss die Filterasche vor der Deponierung durch eine "saure Wäsche" behandelt werden, bei der die Schwermetalle extrahiert werden und anschliessend dem Recycling zugeführt werden können.

Die für die saure Wäsche notwendige Säure wird in erster Linie aus der nassen Rauchgasreinigung gewonnen, in Form von Salzsäure HCl. Falls nötig wird noch technische Säure dazu gekauft. Dis Salzsäure entsteht vor allem aus der Verbrennung von PVC-haltigen Abfällen. Rund die Hälfte der HCl, die in Schweizer KVA-Rauchgaswäschern zurückgewonnen wird, stammt ursprünglich aus PVC im verbrannten Abfall. Die Projektidee einer gezielten "künstlichen" Zudosierung von PVC-haltigen Abfällen in Schweizer KVA kann sowohl ökonomisch als auch ökologisch vorteilhaft sein, denn die so gewonnene Säure ersetzt technische Säure die, anderswo hergestellt, importiert und zugekauft werden muss.

Die KVA Thun wird als Testanlage dienen, da eine Flugaschenwäsche mit der vor Ort produzierten Säure betrieben wird. Zusätzlich gibt es dort noch ein laufendes UTF-Projekt ExDiox, das das in der Flugasche befindliche Dioxin abtrennt. Sollte die Verbrennung von PVC zur Dioxinbildung führen (je nach Rahmenbedingungen), besteht somit die Möglichkeit das entstandene Dioxin wieder zu zerstören.

 

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 07.04.2020 an der Sitzung der Koko UT vom 11.06.2020 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Recherchen zeigen, dass das zusätzliche Verbrennen von PVC-haltigen Abfällen die Produktion von zusätzlicher Säure positiv beeinflusst. Die Berechnungsgrundlagen zur quantitativen Beurteilung der später folgenden Versuche sind bekannt. Meilenstein 1
2. Erfassung eines Basisszenarios: die relevanten Parameter der Verbrennungsrückstände (Säure, Schlacke, Filterasche) im "Normalbetrieb" werden erfasst. Meilenstein 2
3. Zugabe von PVC-Abfällen mit geringen Schwermetallkonzentrationen: das chargenweise Verbrennen von erhöhten Konzentrationen von Kunststoff- und PVC-haltigen Abfällen ist im Betrieb beherrschbar und führt zur Zunahme der Säureproduktion. Mindestens 2/3 des verbrennten PVC wird nachweislich im Säure umgesetzt. Die Analyse der Verbrennungsrückstände sowie die Rauchgasparameter ergeben keine erhöhten Schadstoffemissionen. Meilenstein 3
4. Zugabe von RESH aus der Schrottaufbereitung: Das chargenweise Verbrennen von erhöhten Konzentrationen von RESH ist im Betrieb beherrschbar und führt zur gewünschten Zunahme der Säureproduktion durch das im RESH enthaltene PVC. Die Analyse der Verbrennungsrückstände zeigt keine signifikante Verschlechterung der umweltrelevanten Parameter. Meilenstein 4
5. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 4 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
6. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
7. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

Das Projekt soll den Umweltnutzen durch die Einsparung an technischer Säure bewerten, dank der Nutzung von Salzsäure, die durch die Verbrennung von PVC in Schweizer KVA entsteht. Der PVC-Anteil in den Abfällen, die in der KVA verbrannt wird und die potenzielle Menge von Säure die daraus produziert werden kann, werden berechnet. Die Möglichkeiten zur Umverteilung PVC-haltiger Abfälle von Schweizer KVA mit trockener Rauchgasreinigung (ohne Möglichkeiten von Säurerückgewinnung) auf die mit nasser Rauchgasreinigung werden eingeschätzt, z.B. mit der separaten Sammlung von PVC aus Industrieabfällen. Eine Untersuchung wird auch zeigen, ob der Import aus dem Ausland von PVC-haltigen Abfällen zur Verbrennung in Schweizer KVA verstärkt werden kann, um die Herstellung der erforderlichen Säuremengen zu optimieren.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Bei der KVA Thun wurden zwei Versuche im vollen Betrieb der Anlage durchgeführt. Im ersten Versuch wurden Sortierreste aus der Kunststoffsortierung mit geringem Chlorgehalt während einer Woche zudosiert. Im zweiten Versuch wurden als Versuchsmaterial hoch chlorhaltige Produktionsabfälle während 17 Tagen eindosiert. Das Prinzip VinylAcid, das chemische Recycling von Chlor und Schwermetallen aus nicht stofflich recyclierbaren PVC-Abfällen, funktioniert. Die Verbrennung von moderaten Mengen an zusätzlich in eine Schweizer KVA mit Rauchgaswäsche eindosiertem PVC ist bei genügender Vermischung mit dem restlichen Abfall gut beherrschbar und die Säuremenge wird etwa proportional gesteigert.

Ausser der Zunahme der Dioxinwerte wurden keine negativen Auswirkungen der PVC Zudosierung auf die Verbrennungsrückstände oder die Anlage festgestellt. Inwieweit die beobachtete Dioxin-Zunahme dem PVC geschuldet ist, kann nicht zuverlässig quantifiziert werden. Sollten durch die verstärkte PVC-Verbrennung die Dioxinkonzentrationen in der Flugasche tatsächlich ansteigen, können diese durch die Verfahren ExDiox oder ReFire wieder entfernt werden

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Das zusätzliche Chlor und die Wärme führen zum verstärkten Transfer von flüchtigen Schwermetallen aus der Schlacke in die Flugasche, aus der sie mit der sauren Flugaschenwäsche wieder zurückgewonnen werden können.

VinylAcid ist aus doppelter Sicht eine sinnvolle Ergänzung zum stofflichen PVC-Recycling:

• Ökologisch, da durch den erhöhten Transfer von volatilen Schwermetallen in die Flugasche und deren Rückgewinnung Primärressourcen geschont werden. Die Säure substituiert technische HCl, deren Produktion Energie und Ressourcen verbraucht.
• Ökonomisch, denn zusätzlich produzierte Säure ersetzt technische HCl, die mit aktuellen Marktpreisen sehr teuer zugekauft werden müsste. Weiter bietet sich für die KVA eine zusätzliche Einnahmequelle durch Annahme solcher Abfälle (Gate-Fee). In der EU fallen grosse Mengen an PVC an, das Blei enthält. Dieses Material ist nicht recyclebar, sondern es muss verbrannt werden.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Das Projekt ist europaweit in der PVC-Branche sichtbar und wurde mit grossem Interesse verfolgt. Für die europäische PVC-Branche stellt VinylAcid als chemisches PVC-Recycling eine sinnvolle Ergänzung zum mechanischen Recycling dar.

Das UMTEC strebt ein Nachfolgeprojekt VinylMet in Zusammenarbeit mit der Stiftung ZAR, dem Kunststoffdachverband Kunststoff.swiss und mehreren Schweizer KVA an. Im Kern des Projektes steht der in VinylAcid beobachtete Kollateralnutzen des PVC induzierten, verstärkten Schwermetallaustrages von der Schlacke in die Flugaschen. Im Projekt soll dieser Transfer quantifiziert und der dadurch entstehende, ökologische Nutzen bewertet werden. Dieser entsteht einerseits durch erhöhtes Schwermetallrecycling und andererseits durch die Verbesserung der Schlackenqualität. Im Kontext Schweiz könnte dieser Mechanismus dazu führen, dass Schlackenteile die Grenzwerte für die Ablagerung auf Deponien B einhalten oder sogar für eine baustoffliche Verwertung in Frage kommen.