Forschung und Entwicklung

Steigerung der Rohstoffeffizienz in der Keramikindustrie durch die Entwicklung recycelter Brennhilfsmittel

Die Firmen Rösler CeramTec und das Fraunhofer-Institut für Keramisch Technologien und Systeme (IKTS) arbeiten daran, Brennhilfsmittel aus Recyclingmaterial herzustellen. Die dafür benötigten Rohstoffe werden durch die SPITZER-Rohstoffhandelsgesellschaft mbH aufbereitet und entsprechend zur Verfügung gestellt.

Das Entwickeln von Brennhilfsmitteln, die energiesparend und kostengünstig gefertigt werden, aber dennoch höchsten Temperaturwechseln standhalten – dieses Ziel verfolgen die drei Partner des Verbundprojektes „SiAluPor – Hochtemperaturkeramik aus recyceltem Siliciumcarbid sowie Aluminiumoxid für poröse Brennhilfsmittel mit höchster Temperaturwechselbeständigkeit“. Das Konsortium, bestehend aus den beiden Firmen Rösler CeramTec GmbH (Schauberg), Spitzer Rohstoffhandelsgesellschaft mbH (Selb) und dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS, Dresden), befasst sich in diesem Projekt intensiv mit der Aufbereitung und Verwendung recycelter Siliciumcarbid- (SiC) und Aluminiumoxid- (Al2O3) Sekundärrohstoffpulver.

Unterstützt wird dieses Projekt, das im Februar 2019 gestartet ist und bis Mitte 2021 abgeschlossen sein soll, im Rahmen der Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz, Themenfeld Rohstoffeffizienz“ ‑ eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zur Stärkung des Innovationspotenzials kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) im Bereich Spitzenforschung. Der Projektträger Jülich mit Sitz in Berlin übernimmt für die Unternehmen vor und während der gesamten Projektlaufzeit die umfassende Beratung hinsichtlich administrativer, technischer und betriebswirtschaftlicher Fragestellungen.

Zum Hintergrund

Keramikprodukte werden bei hohen Temperaturen gebrannt und erhalten so ihre charakteristischen Eigenschaften. Sogenannte Brennhilfsmittel helfen dabei die Rohlinge in einem Brennofen so anzuordnen und zu stabilisieren, dass sie sich nicht verformen oder miteinander verkleben. Allerdings unterliegen die Brennhilfsmittel je nach Brenngut und –temperatur einem mehr oder weniger starken Verschleiß und müssen regelmäßig ersetzt werden.

Die Bereitstellung von Rohstoffen hoher Reinheit zur Herstellung solcher Brennhilfsmittel erfordert zumeist den Einsatz aufwändiger und oft energieintensiver Aufbereitungstechnik und ist zudem häufig mit einer Vielzahl umweltrelevanter Aspekte, wie Abwasser und Schadstoffemission verbunden. Gleichzeitig nimmt die Verfügbarkeit der Ausgangsmaterialien ab. Daher ist das Recycling industrieller Reststoffe von wachsender Bedeutung für eine nachhaltige Nutzung der verfügbaren Ressourcen.

Werkstoffe eignen sich zur Wiederverwertung

Der Werkstoff Siliciumcarbid (SiC) eignet sich durch seine hervorragende thermische Beständigkeit, hohe mechanische Belastbarkeit und eine gute Wärmeleitfähigkeit besonders gut für die Herstellung von Brennhilfsmitteln in der keramischen Industrie. Ofenaufbauten aus Platten, Stützen und Balken werden dabei ebenso aus SiC gefertigt, wie Strahlrohre für industrielle Brenner.

Auch Aluminiumoxid (Al2O3) findet als Brennhilfsmittel Verwendung. Die hohe chemische Stabilität und insbesondere die hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit sind der Grund für den Einsatz des Materials in vielen Bereichen von der chemischen Industrie bis hin zur Zündkerze für Ottomotoren.

Von diesen beiden Werkstoffen fallen jährlich große Mengen von Rest- und Abfallstoffen an, beispielsweise durch verschlissene Brennhilfsmittel oder Produktionsbruch. Die Wiederverwertung durch Verarbeitung zu neuen keramischen Produkten ist daher aus ökologischer und ökonomischer Sicht erstrebenswert. Allerdings sind bisher nur wenige geeignete technologische Lösungen verfügbar.

Eine Solche erarbeiten nun die drei Partner in ihrem Projekt. Dazu werden die keramischen Reststoffe aus verschlissenen Brennhilfsmitteln und Produktionsbruch systematisch erfasst, getrennt, aufbereitet und durch Brechen und Mahlen zu fraktionierten keramischen Sekundärrohstoffpulvern verarbeitet (Teilprojekt der Firma Spitzer Rohstoffhandelsgesellschaft). Und diese wiederum werden, je nach Material und Anwendungsziel, über die Fertigungsverfahren Druckschlickerguss und Vibrationspressen weiter zu Brennhilfsmitteln verarbeitet (Teilprojekt der Firma Rösler CeramTec). Die wissenschaftliche Begleitung in diesem Projekt übernimmt das Fraunhofer IKTS Dresden. Diverse Laborversuche und wissenschaftliche Untersuchungen sollen während der gesamten Projektlaufzeit die Eignung der so erzeugten Recyclingbrennhilfsmittel durch umfassende Werkstoffcharakterisierung und Anwendungstests nachweisen (Teilprojekt IKTS).

Große Bedeutung in wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht

Die Aufbereitung und Wiederverwertung der hochpreisigen und energieintensiven Rohstoffe in Produkten mit hohem Eigenschaftsniveau stellt ein reales Recycling dar und ist aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht von höchster Bedeutung.

Die im Rahmen der intensiven Zusammenarbeit der Projektpartner zu entwickelnden recycelten Keramikprodukte aus SiC und Al2O3 sollen dabei eine Ergänzung zu kommerziell erhältlichen Brennhilfsmitteln darstellen, deren hohes Eigenschaftsniveau nur durch die reinen Ausgangstoffe erreicht werden kann. Für Spezialanwendungen mit geringeren Anforderungen, insbesondere in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften, könnten derartige recycelte Produkte allerdings eine nützliche Erweiterung darstellen.