Studien- und Abschlussarbeiten
Das HLNUG betreut in verschiedenen Themenbereichen Master- und Bachelorarbeiten zur Abfallvermeidung, Wiederverwertung und Kreislaufführung
Im Rahmen der nachhaltigen Gestaltung unserer Zukunft bekommt die Photovoltaik (PV) eine immer zentralere Bedeutung innerhalb der regenerativen Energien. Die emissionsfreie Stromerzeugung erfolgt mit Hilfe von der quasi nicht versiegenden Quelle, dem Sonnenlicht. Durch das Inkrafttreten des 100.000 Dächerprogramms und des Erneuerbare-Energie-Gesetzes (EEG) kam es seit dem Jahr 2000 zu einem starken Wachstum der Installation neuer Anlagen. Bei einer Lebensdauer von ca. 20 - 30 Jahren (Deutsche Umwelthilfe e.V. 2021) ist ein signifikanter Anstieg der zu behandelnden Mengen in den nächsten Jahren zu erwarten.
Im Hinblick auf die steigende Menge an PV-Modulen, die der Entsorgung zu geführt werden sollen, ist es wichtig, dass diese auch in ihrer End-of-Life – Phase (EoL) der Wertschöpfungskette zur Ressourcenschonung beitragen. Bereits 2030 wird in Deutschland eine Abfallmenge von 152.000-223.000t von PV-Modulen erwartet. Bei einer thermischen Verwertung von PV-Modulen werden wertvolle Metalle und Kunststoffe verbrannt und für die Wiedergewinnung unzugänglich gemacht. Zwar wurden 2020 bereits 77% der gesammelten Altgeräte von PV-Modulen dem Recycling zugeführt, doch gegenüber der vorzuziehenden Vorbereitung zur Wiederverwendung (VzWv), ist dieser Anteil bedeutend kleiner (<23%). Um die VzWv zu stärken und um die Masseströme der PV-Altmodulen handeln zu können, ist eine Bestandsaufnahme der aktuellen Situation erforderlich. Wissen um die aktuelle Erfassung, der Wiederverwendung und der Verwertung von PV-Altmodulen in Deutschland hilft Schwachstellen zu identifizieren und diesen zu begegnen.
Die vorliegende Arbeit liefert die notwendige Übersicht über die aktuelle Erfassungs- und Entsorgungssituation. Sie identifiziert u. A. die Probleme bei der Erfassung und die (daraus resultierenden) Probleme bei der VzWv. Handlungsfelder die den Problemen entgegenwirken sollen oder die z. B. die Recyclingfähigkeit einzelner Stofffraktionen verbessern sollen, werden betrachtet und in Ausblick gestellt. Der Nutzen der zu verbessernden Situationen sowie die Handlungsfelder wird in Verhältnis zu den daraus entstehenden Umweltauswirkungen gestellt.
Mit der Umsetzung der europäischen Zielvorgabe wurde im national geltenden Verpackungsgesetz eine Verwertungsquote eingeführt, nach der ab dem 01.01.2022 jährlich mindestens 90 Masseprozent der anfallenden Verpackungsabfälle zu verwerten sind. 70 Masseprozent dieser Verwertungsquote ist für Kunststoffverpackungen durch werkstoffliche Verwertung zu erfüllen (§ 16 Absatz 2 VerpackG).
Viele positive Eigenschaften der Kunststoffe für den Bereich der Verpackungen stehen einer signifikanten Zunahme des Kunststoffabfallaufkommens und den Problemen des Litterings gegenüber. Aktuell ist davon auszugehen, dass in Deutschland ca. 42 Prozent der Post-Consumer Kunststoffverpackungen werkstofflich recycelt werden [Zentrale Stelle Verpackungsregister 10-2019]. Damit werden weder die aktuellen Vorgaben des Verpackungsgesetzes für erfasste Kunststoffverpackungen erreicht, noch scheinen die von der EU vorgesehenen Zielvorgaben realistisch umsetzbar.
Um die geforderte Steigerung der Recyclingquote zu erreichen, ist ein Mix verschiedener Maßnahmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette erforderlich. Es ist davon auszugehen, dass neben der Sammeleffizienz die technischen Potentiale zur Erhöhung der Sortiertiefe nicht in allen Sortierbetrieben ausgeschöpft sind. Neben einer Steigerung der Trennquote ist auch die fehlende Sortierbarkeit eines hohen Anteils von Kunststoffverpackungen durch das Verpackungsdesign, sowie eine geringe Rezyklat-Einsatzquote anzumahnen. Verbesserungen in der zirkulären Nutzung der Kunststoffe führen zur Steigerung der Ressourceneffizienz durch eine verbesserte Nutzung der Rohstoffe und einem reduzierten Energieeinsatz und somit auch zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen.
Mit der vorliegenden Studie wurde das Kunststoffrecycling mit den eingesetzten Sortier- und Recyclingtechniken in Deutschland analysiert, vorhandene Hemmnisse bei allen Marktteilnehmern bewertet und mögliches Optimierungspotential beschrieben.
Die Erzeugung von Textilien ist mit der erheblichen Nutzung von Ressourcen und Chemikalien verbunden. Die Wiederverwendung von Alttextilien ist also ein essenzieller Bestandteil, um Ressourcen zu schonen, Energie einzusparen, Wasserverbrauch zu reduzieren und den Einsatz von Schadstoffen zu minimieren. Neben der Wiederverwendung und der sorgfältigen Handhabung bei der Erfassung und Sortierung gewinnt die Rückentwicklung des Fast Fashion-Trends zur Slow Fashion - Nutzung qualitativ hochwertiger Materialien mit einer höheren Lebensdauer, Ökotextilien und recyclebare Materialien - eine zunehmende Bedeutung in der Modeindustrie.
Der Beitrag Textilrecycling – Probleme und Lösungsansätze ist das Ergebnis einer studentischen Projektarbeit und beinhaltet eine Situationsanalyse zu Mengen und Recyclinganlagen in Deutschland, sowie die Darstellung aktueller Forschung und Best Practice Beispiele für eine nachhaltigere Nutzung von Textilien.
Die Wiederverwendung von Alttextilien ist ein wichtiger Ansatz zur Nachhaltigkeit, der zu einer Nutzungsverlängerung für Baumwolle, Polyester, Wolle etc. führt. Da durch die Reparatur, Änderung oder Modernisierung von Kleidung die Nutzungsdauer von Textilien verlängert, die Ressourcen für eine Neuproduktion eingespart und die mit der Textilherstellung verbundene Umweltbelastung reduziert werden können, werden in einer Bachelorarbeit Ansätze zur Verbesserung einer hochwertigen Textilnutzung und der Status-Quo in Hessen von Schneiderei- und Schumacherbetrieben erstellt.
In den nächsten Jahren werden der Rückbau und die Verwertung von Windenergieanlagen (WEA) eine wichtige Rolle spielen. Allein im Jahr 2000 wurden 1.495 WEA in Deutschland in Betrieb genommen und müssen folglich bei einer Laufzeit von circa 20 Jahren, begründet in der betriebswirtschaftlichen Auslegung, in den kommenden Jahren rückgebaut oder repowert werden. Daher wurde in Kooperation mit dem Hessischen Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie und der Hochschule RheinMain eine Bachelorarbeit verfasst mit dem Ziel, den aktuellen Stand der Technik bezüglich der Erfassung und Verwertung von WEA zu untersuchen. Hierzu wurden Hersteller und Betreiber von WEA befragt sowie die in Zukunft anstehende Materialmenge von WEA für Hessen berechnet.
Im Weiteren wurden Forschungsprojekte mit dem Ziel der Verbesserung der Aufbereitung von WEA wie Pyrolyse, Solvolyse und elektrodynamische Fragmentierung recherchiert und im Hinblick auf die Umsetzung eingeschätzt.
Metalle finden sich aufgrund ihrer vielseitigen Eigenschaften in Produkten aller Lebensbereiche und demzufolge auch im Abfall wieder. Die Abfallverbrennung ist als Vorbehandlung ein wesentlicher Baustein in der Abfallwirtschaft. In Hessen wurden 2014 ca. 1,1 Mio. t Hausmüll und hausmüllähnlicher Gewerbeabfall in den Müllverbrennungsanlagen (MVA) thermisch behandelt. Der feste Verbrennungsrückstand aus Hausmüllverbrennungsanlagen, MVA-Schlacke genannt, besteht neben Mineralik, Glas und Unverbranntem zu einem Großteil aus Metallen. Die Rückgewinnung der enthaltenen Metalle, insbesondere der Nichteisenmetalle, erfolgt derzeit gesetzeskonform, ein beachtlicher Anteil wird aufgrund von erhöhtem Aufbereitungsaufwand dennoch weiterhin auf Deponien entsorgt.
Der wachsende Bedarf an diesen Materialien und die über die letzten Jahrzehnte kontinuierlich gesunkene Metallkonzentration in den Erzen verstärken die Suche nach neuen Quellen. Aber auch unter dem Aspekt der Ressourceneffizienz und dem Nachhaltigkeitsgedanken werden die Anstrengungen zur besseren Rückgewinnung von Stoffen aus Abfallströmen verstärkt.
In Kooperation des Hessischen Landesamtes für Naturschutz, Umwelt und Geologie mit der Hochschule RheinMain wurde eine Bachelorarbeit angefertigt, in der das Aufkommen von MVA-Schlacken in Hessen sowie das daraus resultierende Potenzial an Metallen ermittelt wurde. Des Weiteren wurden die hessischen Aufbereitungsunternehmen hinsichtlich der Metallrückgewinnung eingeordnet sowie der aktuelle Forschungsstand zur Aufbereitung erläutert.
Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgas-Emissionen bis zum Jahr 2020 um 40 Prozent gegenüber dem Jahr 1990 zu senken. Während die Emissionen im Energiebereich zurückgingen trifft dies u.a. für den Verkehrssektor nicht zu. (UBA 2017). Um die Auswirkungen des anthropogenen Treibhauseffekts und die Schadstoffemissionen zu minimieren stehen die Emissionen durch Fahrzeuge, seien es Partikel, CO2 oder NOx , seit einiger Zeit im Fokus von Politik und Öffentlichkeit. Eine nachhaltige Lösung für die Emissionsminderung im Transportsektor scheint in der Elektromobilität zu liegen. Allerdings sind neben dem CO2-Einsparpotential im Rahmen von Lebenszyklusanalysen auch Ressourcenschutzaspekte zu betrachten. Einen Großteil der Masse eines Elektrofahrzeuges wird vom Energiespeicher eingenommen, dessen Kapazität über die Reichweite der Fahrzeuge bestimmt. Aufgrund ihres geringen Gewichtes und der hohen Energiedichte eignen sich nach aktuellem Stand der Technik besonders Lithium-Ionen-Akkumulatoren (LIA) als Energieträger. Mit der steigenden Nachfrage nach LIA rückt allerdings auch der Aspekt des Ressourceneinsatzes, alternativen Anwendungsmöglichkeiten und das Recycling von LIA in den Vordergrund.
Die folgende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Gewinnung essentieller Bestandteile wie Lithium. Nach dem sogenannten „First Life“ in Elektrofahrzeugen, werden mögliche „Second Life“-Anwendungen vorgestellt und auf die momentan bestehenden Probleme in diesem Anwendungsgebiet eingegangen. Anschließend werden neue Recyclingverfahren erläutert in deren Fokus die Rückgewinnung des Lithiums und anderer wichtiger Bestandteile des LIAs (wie z.B. Mangan, Nickel, Kobalt, Eisen & Aluminium) im Vordergrund stehen. Zum Abschluss stellt eine CO2-Bilanz die als umweltfreundlich geltenden Elektrofahrzeuge konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor kritisch gegenüber.
Auf dem Bildschirmmarkt haben LCD-Bildschirme seit langem Röhrenbildschirme abgelöst und werden nun ihrerseits von Organic light emitting diode-Bildschirmen (OLED) nach und nach ersetzt. Auch sind LCD-Panels vergleichsweise günstig herzustellen und ermöglichen eine Vielzahl technischer Geräte zu steuern und unterschiedliche Medien zu konsumieren. Weiterhin ist festzustellen, dass mehr Geräte mit kürzeren Lebenszeiten und größeren Bildschirmen als die vorangegangene Generation auf den Markt erscheinen. Das erste iPhone aus dem Jahre 2007 besaß beispielsweise ein 3,5 Zoll großes Display. 11 Jahre später hat sich die Displaydiagonale des Nachfolgemodells mit 6,5 Zoll fast verdoppelt. Eine ähnliche Entwicklung ist auch bei Fernsehern und Computermonitoren zu beobachten. Erschwerend kommt hinzu, dass eine Reparatur vom Hersteller oft nicht mehr vorgesehen ist, wodurch ein Neukauf notwendig wird. In Folge steigt das Aufkommen an Elektroaltgeräten, die über einen Bildschirm verfügen.
Mit immer größeren Displays und steigenden Gerätezahlen pro Konsument erhöht sich auch der Materialverbrauch in der Produktion. Viele der in Bildschirmen verwendeten Materialien sind nur begrenzt verfügbar oder werden unter hohem Energieaufwand hergestellt bzw. abgebaut. So befinden sich in Bildschirmen seltene und wertvolle Ressourcen, wie etwa (Edel)Metalle und seltene Erden. Diese Vorkommen sind z. T. begrenzt, teilweise stammen die Rohstoffe aber auch aus Konfliktregionen. Vor diesem Hintergrund sind umweltfreundliche Entsorgungsmöglichkeiten sowie eine Rückgewinnung und Nutzung der in den Bildschirmen vorhandenen Materialien als Sekundärrohstoff der teils knappen Ressourcen dringend erforderlich.
Die folgende Zusammenfassung gibt einen Überblick über den derzeitigen Stand der Technik zur Verwertung von LCD-Bildschirmen. Dabei werden die Punkte Rechtsgrundlagen in Deutschland, Sammlung, Materialzusammensetzungen und Verwertungsverfahren von LCD-Bildschirmen behandelt.