Solarthermische Prozesse in der Kreislaufwirtschaft

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 31065

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0032;Industrielle Solarenergienutzung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Solarthermische Prozesse in der Kreislaufwirtschaft

Schlussbericht (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit entstand in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner (MGC Moser-Glaser Plasma AG in Muttenz zu Beginn der Arbeit, danach RWH consult GmbH in Oberrohrdorf). Ziel war die Entwicklung eines solarbetriebenen thermochemischen Prozesses für das Recycling von festen schwermetallhaltigen Sonderabfällen. Aus der Vielzahl der möglichen schwermetallhaltigen Sonderabfälle wurden EAFD (Electric Arc Furnace Dust) und Auto-RESH (Reststoffe aus Shredderanlagen) ausgesucht. EAFD besteht aus Zn-, Pb- und FE-oxiden, Auto-RESH etwa je zur Hälfte aus organischem material und Metallstücken bzw. -partikeln. Beide sonderabfälle können in Hochtemperaturprozessen (Pyrolyse für Auto-RESH, carbothermische Reduktion für EAFD) aufgearbeitet werden. Dazu wurde ein Reaktorprototyp im 10 kW-Massstab entwickelt und im Sonnenofen des Paul Scherrer Institut getestet. Der aus konventionellen Materialien gebaute Reaktor sollte sowohl den Bedürfnissen eines Forschungslabors als auch eines zukünftigen industriellen Prozesses genügen und hat die folgenden Eigenschaften: - Ein mit 10 Umdrehungen pro Minute rotierender Drehherd wird von oben durch eine mit konzentrierter Solarstrahlung erhitzte Graphit-Kavität beheizt, die in den Reaktionsraum hineinragt.- Ein Sekundärkonzentrator konzentriert die vom Parabolspiegel kommende Strahlung weiter. Dadurch werden Rückstrahlungsverluste vermindert.- Der Reaktor ist mit einem für Sonnenlicht transparenter Quarzglas-Fenster versehen und kann mit kontrollierter Atmosphäre und einem geringen Unterdruck betrieben werden.- Chargen- und kontinuierlicher Betrieb sind möglich.- Auto-RESH und EAFD können behandelt werden.Die Pyrolyse von Auto-RESH erzeugte als Produkte Synthesegas, eine Wachsfraktion und eine kohlenstoffreiche Fraktion (Pyrokoks), die mit Metallen angereichert ist. Der Pyrokoks eignete sich als Reduktionsmittel für die carbothermische Reduktion von EAFD. Die carbothermische Reduktion der Metalloxide in EAFD ergab eine kondensierte Gasphase, die sich zu rund 80 % aus Zink und variablen Gehalten an Blei, Chlor und anderen flüchtigen Bestandteilen zusammensetzte, sowie einen eisenreichen, an Zink und Blei abgereicherten Rückstand. Eine nahezu vollständige Abreicherung an Zink und Blei aus EAFD wurde mit einem Versuch bei 1400 K erzielt.Es wurde ein einfaches Modell zur Massen- und Energiebilanz entwickelt und validiert. Wirkungsgrade und Abreicherungsraten für gegebene Förderraten und die neben der Rückstrahlung aus der Kavität wichtigsten Verlustquellen (Wärmeverlust durch instationären Zustand) konnten modelliert und quantifiziert werden.Ein wichtiger Teil der Arbeit an einem Reaktor-Prototypen bestand auch im Aufzeigen von kritischen Punkten. Dadurch können die weiteren Forschungsarbeiten auf die Beantwortung der offenen Fragen fokussiert werden.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:


Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Steinfeld,Aldo
Schaffner,Barbara
Hoffelner,W.

Zugehörige Dokumente

• Solarthermische Prozesse in der Kreislaufwirtschaft - Schlussbericht [PDF] 27'949 kB