Mittels Betonkernbohrer: Neue Beprobungsmethode für ballierte Abfälle

Recyclingmaterialien wie Papier, Karton und sortierte Kunststofffraktionen werden üblicherweise zu Ballen verpresst und gelagert oder transportiert. Zur späteren Prüfung der Ballen sind Materialproben erforderlich. Die momentan praktizierte Beprobung ist aufwändig und kostspielig.

Gesucht war demnach eine Methode zur repräsentativen Untersuchung von Ballen, die sich für Korngrößen auch größer 100 Millimeter eignet und möglichst den Aufwand an Personal, Material und Zeit verringert.

Probenahme und Beurteilung der Materialqualität unterliegen Fehlern, bedingt insbesondere durch die Heterogenität der Abfälle oder Recyclingstoffe. Die Abweichung einer Probennahme vom tatsächlichen Wert kann bis zu tausend Prozent betragen. Üblicherweise sind für eine Menge von 200 Tonnen Material zwei Proben notwendig, jede aus mindestens zehn Stichproben bestehend, sodass sich ein Gesamtgewicht von 600 Kilogramm für die Probe ergibt. Alle Stichproben werden auf eine Korngröße von zehn bis 50 Millimeter zerkleinert; der dafür erforderliche Zerkleinerer macht eine Investition von derzeit 90.000 Euro notwendig. Der Zerkleinerung folgt entsprechend der Korngröße die eigentliche Probenanalyse.

Molybdänsulfid als Dotierungsmaterial

Für ihre neue Versuchsanordnung wählte eine Forschergruppe der Montanuniversität Leoben in Österreich als Dotierungsstoff Molybdänsulfid – ein niedrig konzentriertes, nicht toxisches und preisgünstiges Material – in Polyethylenfolie eingebunden. In einer Probe wurde der Stoff in definierter Menge einer Mischkunststofffraktion beigegeben und balliert, in einer anderen, nicht-dotierten Ballenprobe vergleichend der Grundgehalt an Mobybdän gemessen. Nach Aufteilung auf einzelne Stichproben wurden diese analysiert, gemessen, getrocknet und auf Prüfmengen von 1,8 Kilogramm verjüngt. Die Betriebskosten einer Probennahme inklusive Zerkeinerungszeit von vier Stunden nach Stand der Technik beliefen sich auf 360 Euro; die Gesamtkosten wurden auf insgesamt 18.676 Euro pro Jahr veranschlagt. Vier neue Beprobungsmethoden wurden getestet: die Bohrung mit Spiralbohrer, der Einsatz einer Kettensäge, die Bohrung mit Sägezahnkrone und Zentrierbohrer sowie die Bohrung mittels Betonkernbohrer. Die letztere Methode erwies sich als beste Lösung, wenngleich noch verbesserungswürdig. Der Prototyp einer Bohrvorrichtung mit Motor, Schneidkrone, Bohrerschaft und Stativ wurde entwickelt und sein Einsatz als „Direkte Ballenbeprobung“ bezeichnet. Karton, PET oder HD-PE ließen sich mit dieser Versuchsanordnung leicht probebohren, weißes Papier, LD-PE oder Ziehfolien aus der Automobilherstellung hingegen nur schwer. Der Zeitaufwand für die Direkte Ballenbeprobung belief sich ebenso auf vier Stunden, doch lagen die Betriebskosten bei 160 Euro.

Direkte Ballenbeprobung versus Stand der Technik

Was die Messergebnisse anlangte, bewegten sich die Standardabweichungen für das dotierte Molybdän bei 60 Prozent unter Anwendung des Stands der Technik, hingegen bei 367 Prozent im Fall der Direkten Beprobung. Andererseits rangierten bei den meisten anderen Parametern die Abweichungen der Direkten Beprobung unter denen des Technikstandards. Die systematische Verzerrung (Bias) beider Verfahren betrug 24 beziehungsweise 15 Prozent. Insgesamt ist – bei gleicher Anzahl der Stichproben und gleichem Gewicht der Stichproben – die Direkte Ballenbeprobung weniger aufwändig als das herkömmliche Verfahren. Denn bei der neuen Methode entfällt der Aufbereitungsschritt, zwei qualifizierte Stichproben á 300 Kilogramm zu erstellen; zudem ist das Verfahren kostengünstiger. Hinsichtlich Standardabweichung und Bias der Messergebnisse gleichen sich Vor- und Nachteile beider Verfahren aus.

Ohnehin ist bei grobstückigen heterogen Abfällen die Gefahr groß, dass der zulässige technische und finanzielle Aufwand einer Beprobung die Grenze erreicht oder übersteigt und die Analyse mit unzureichenden Messwerten beendet werden muss. Denn obwohl bei Recyclingmaterialien durch Vorsortierung eine gewisse Homogenisierung der Stoffe erzielt werden kann, besitzen Abfälle selten ein Potenzial, das hohe Analysekosten rechtfertigt. Durch die Möglichkeit, mehrere Einzelproben an verschiedenen Stellen im Ballen zu entnehmen und die Verteilung einzelner Parameter besser zu bestimmen, besitzt die Direkte Ballenbeprobung aber offenbar Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.

Dieser Artikel basiert auf einen Vortrag über „Neue Methode zur Beprobung von Abfällen in Ballen“, in: Recycling und Rohstoffe, Bd. 9, hrsg. Karl J. Thomé-Kozmiensky und Daniel Goldmann, Neuruppin 2016, ISBN 978-3-944310-27-5.

Foto: O. Kürth

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