Plasmapyrolyse zur Behandlung von Altreifen und Gummiprodukten

Eine der zentralen Herausforderungen der modernen Gesellschaft ist das wachsende Aufkommen fester Abfälle aus menschlicher Tätigkeit, das sich zu einem erheblichen Umweltproblem entwickelt hat. Einen großen Teil dieser Problematik macht die Entsorgung von Altreifen aus – Pkw- und Lkw-Reifen, Fahrradreifen, Motorradreifen, Landwirtschaftsreifen und weitere Produkte auf Polyisopren-Basis –, denn weltweit erreichen schätzungsweise 1,3 Milliarden Reifen jährlich das Ende ihres Lebenszyklus.

Bei Plasma Power setzen wir für Auslegung und Fertigung der Anlage auf die wirtschaftlichsten und fortschrittlichsten Techniken, um wirtschaftliche und ökologische Anforderungen gleichermaßen zu erfüllen. Auch die thermische Verwertung zeichnet sich als möglicher Lösungsweg für die Aufbereitung großer Mengen dieses Materials ab. Die drei wichtigsten Verfahren der thermischen Verwertung sind Pyrolyse, Vergasung und Verbrennung.

• 01Pyrolyse: thermischer Abbau unter Sauerstoffausschluss.
• 02Verbrennung: thermischer Abbau in Gegenwart von Sauerstoff.
• 03Vergasung: thermischer Abbau in Gegenwart eines Vergasungsmittels (Wasserdampfstrom, Luft usw.).

Die Vergasung ist ein thermischer Prozess (T > 750 °C), der kohlenstoffhaltige Stoffe wie organische Abfälle oder Biomasse mit einer geregelten Menge Sauerstoff oder Wasserdampf in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umwandelt. Das entstehende Gasgemisch, auch Synthesegas oder Syngas genannt, eignet sich als Einsatzgas für Gasturbinen oder Brennstoffzellen.

Ein wichtiges Verwertungsverfahren ist die Pyrolyse. Seit Jahrzehnten wird umfangreiches Wissen darüber erarbeitet, wie sich organische Abfallstoffe (ölhaltige Schlämme: Rückstände am Boden von Kraftstofftanks, am Kraftstofffilter angesammelte Kraftstoffrückstände, Rückstände aus der Schmierölaufbereitung, ölhaltige Abfälle, organische Bestandteile des Siedlungsabfalls: Öl, Seife, Reifen, Kunststoff, Textilien, um nur einige zu nennen) mittels Pyrolyse in nutzbare Produkte umwandeln lassen. Die Pyrolyse von Reifen umfasst den thermischen Abbau des Reifengummis bei Temperaturen von 300 °C bis 900 °C in inerter Atmosphäre. Die Pyrolyse von Altreifen findet zunehmend Beachtung, da sich die Prozessbedingungen so optimieren lassen, dass neben der Stahlkarkasse des Reifens energiereiches Öl, Gas und Pyrolysekoks entstehen. Der Stahl wird in die Eisen- und Stahlindustrie zurückgeführt. Die drei übrigen Produkte werden energetisch (als Brennstoff) und/oder stofflich als Chemierohstoffe genutzt.

Im Pyrolyseprozess werden die flüchtigen organischen Bestandteile der Reifen zu niedermolekularen flüssigen oder gasförmigen Produkten abgebaut. Die anorganischen Bestandteile und der nichtflüchtige Industrieruß verbleiben als weitgehend unveränderter Feststoffrückstand und lassen sich daher für lohnende Anwendungen verwerten.

Besonders geeignet ist der Pyrolyseprozess für komplexe Abfälle, die viele verschiedene Kunststoffe im Gemisch mit anderen Materialien (Erde, Textilien, Glas usw.) enthalten – etwa Shredderrückstände aus der Altfahrzeugverwertung (ASR); eine vorgeschaltete Reinigung ist dabei nicht erforderlich, und das feste Produkt ließe sich in der Metallerzeugung und zur Aktivierung von Industrieruß einsetzen.

Plasmavergasungsanlage – Altreifen und Gummiabfälle, Entsorgung, Behandlung, Cracken, Pyrolyse, Energie- und Wasserstofferzeugung, EEA, EPA

Plasma gilt vielfach als vierter Aggregatzustand neben den geläufigeren Zuständen fest, flüssig und gasförmig. Führt man einem Gas ausreichend Energie zu, geht es in den Plasmazustand über. Mit anderen Worten: Plasma ist ein ionisiertes Gas, das beispielsweise aus einer elektrischen Entladung hervorgeht. Die thermische Plasmapyrolyse lässt sich als Umsetzung eines kohlenstoffhaltigen Feststoffs mit begrenzten Sauerstoffmengen bei hohen Temperaturen (10.000 °C > T > 5.000 °C) beschreiben. Ziel ist die Erzeugung eines brennbaren Gases mit einem Heizwert im Bereich von 4–9 MJ/Nm³ sowie kohlenstoffhaltiger Feststoffprodukte, jedoch keines flüssigen Produkts. In der hochreaktiven Plasmazone liegt ein großer Anteil an Elektronen, Ionen und angeregten Molekülen zusammen mit energiereicher Strahlung vor. Wird kohlenstoffhaltiges Material in das Plasma eingebracht, so wird es vom Plasma sehr schnell aufgeheizt. Die flüchtigen Bestandteile werden freigesetzt und gecrackt, wobei Wasserstoff und leichte Kohlenwasserstoffe wie Methan und Acetylen entstehen. Die hohe Temperatur in Verbindung mit der hohen Aufheizgeschwindigkeit des Plasmas bewirkt die Zerstörung der organischen Abfälle; dabei entstehen ein Gas und ein Feststoffrückstand, deren Eigenschaften von den Merkmalen des Einsatzstoffs und den Betriebsbedingungen abhängen. Die Gasausbeute kann bis zu 70–80 % des Einsatzstoffs erreichen; zum Vergleich: Bei der konventionellen Pyrolyse von Altreifen beträgt das gasförmige Produkt nur 10–20 % bei langsamer Pyrolyse und 30–50 % bei Schnellpyrolyse. Der Heizwert des Produktgases liegt entsprechend im Bereich von 4–9 MJ/Nm³.

Es kann daher unmittelbar als Brennstoff in verschiedenen energetischen Anwendungen eingesetzt werden, etwa zur Direktfeuerung in Kesseln, Gasturbinen oder Gasmotoren. Die Heizwerte der bei der Plasmapyrolyse gewonnenen Kokse sind üblicherweise mit denen von Braunkohle und Koks vergleichbar; sie lassen sich daher direkt als Festbrennstoff nutzen.

Thermische Plasmareaktoren benötigen erhebliche Energiemengen, um ihre hohen Prozesstemperaturen zu erreichen. Das macht ihren Betrieb kostspielig. Bei Plasma Power legen wir das Verfahren so aus und optimieren es so, dass der Energieinhalt der Pyrolyseprodukte genutzt und zurückgeführt wird. Dadurch arbeitet der Plasmapyrolyseprozess energieautark, sodass die Betriebskosten deutlich sinken. Die Plasmapyrolyse bietet folgende Vorteile:

• 01Effiziente Einbringung der Wärmeenergie, die physikalische und chemische Umwandlungen im Abfallstoff gleichzeitig und schnell vorantreibt.
• 02Hohe und wirksame Prozesstemperaturen lassen sich in sehr kompakten Reaktoren mit hohem Durchsatz und kurzer Ansprechzeit problemlos erreichen.
• 03Die Eigenschaften der Plasmapyrolyseprodukte eignen sich für die Energieerzeugung.
• 04Nicht umweltbelastend und in der Lage, gesundheitsschädliche Stoffe zu zerstören, wobei die Produkte zugleich vorhersagbar, unbedenklich und für die öffentliche Gesundheit und die Umwelt akzeptabel sind.

Die thermische Einwirkung auf die Reifen im Pyrolysereaktor (bzw. Plasmapyrolyse- oder Lichtbogenplasma-Pyrolysereaktor) erzeugt Kohlenwasserstoffgas, das anschließend zu flüssigen synthetischen Kraftstoffen kondensiert wird, sowie einen mineralischen Rückstand in Form von Schlacke. Die Schlacke dient als Einsatzstoff für Plasmavergasungsanlagen, während sich die flüssigen synthetischen Kraftstoffe in der Herstellung von Benzin- und Dieselfraktionen vermarkten lassen. Der Stahlcord wird bereits in der Aufbereitung abgeschieden oder über das Austragssystem für den mineralischen Rückstand ausgeschleust und als verkaufsfähiger Rohstoff genutzt.

Die vollständige und sichere Beseitigung gefährlicher Abfälle (abgelaufene Arzneimittel, verbotene Pflanzenschutzmittel, Kunststoffteile, pathologische Abfälle, Behälter usw.) gelingt mit der Hochtemperatur-Pyrolyse (Plasmapyrolyse). Die plasmachemischen Reaktoren von Plasma Power bilden den Hauptteil jeder Vergasungsanlage und werden für jeden Kunden entsprechend Stoffzusammensetzung und Anwendungsfall in unterschiedlichem Aufbau und unterschiedlicher Konfiguration ausgelegt, optimiert und gefertigt – für:

• 01Medizinische Abfälle
• 02Biologische Abfälle
• 03Vergasung von Siedlungsabfällen
• 04Zerstörung flüssiger Lack- und Farbabfälle wie organische Lösemittel, Farben, Lacke, Klebstoffe, Mastixmassen und Harze
• 05Abfälle aus der Wasseraufbereitung in der Abwasserbehandlung und Wassernutzung sowie flüssige Abfälle aus Abwasserbehandlungsanlagen
• 06Zerstörung von Bestandteilen chemischer und biologischer Waffen
• 07Unsere Plasmatechnologie auf Basis der Lichtbogenentladung ist ein wirksames Werkzeug für zahlreiche Anwendungen, einschließlich der Behandlung gefährlicher Abfälle

Das Interesse an der Plasmatechnologie für Verfahren zur Neutralisation von Schadstoffen ist enorm. Wir können sie für chemische Reaktionen im Plasmamedium einsetzen (Methanpyrolyse, Herstellung von Titanoxid, Reduktion reiner Stoffe aus ihren Oxiden und Chloriden: Uran, Titan, Germanium, Tantal usw.), für die plasmachemische Herstellung von Uranoxiden für Kernkraftwerke, für die Hydropyrolyse von Siliciumtetrafluorid SiF₄ und die Gewinnung von Fluorwasserstoff HF und ultradispersem Siliciumoxid SiO₂ daraus, für die Herstellung von Titandioxid TiO₂ aus Titanchlorid TiCl₄ usw.