Wenn Flugzeuge in die Jahre kommen

Airbus prognostiziert, dass bis 2028 weltweit 6.500 Passagier- und Frachtflugzeuge ausgemustert werden. Boeing geht gar von 8.500 Maschinen aus, die 25, 30 und mehr Jahre im Einsatz internationaler Fluggesellschaften waren und sind. Dabei sind die Altflugzeuge anderer Hersteller nicht mit erfasst. Außen vor bleiben auch Jets, Privat-, Sport- und Militärflugzeuge sowie Helikopter. Fehlende wirtschaftliche Anreize und Verfahren standen der Erschließung dieses Rohstoffpotenzials bislang entgegen. Das soll, das muss sich ändern.

Der Start der Symposiumreihe „Flugzeugrecycling“ der Hochschule Pforzheim und des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie im Dezember 2013 bildete den Auftakt zu weiteren diesbezüglichen Fachveranstaltungen in 2014. Und das Interesse ist groß. So trafen sich im Rahmen der IFAT in München und der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung in Berlin Vertreter aus der Luftfahrtbranche und der Entsorgungs- und Recyclingwirtschaft, um technische und logistische Lösungen und Geschäftsmodelle rund um die Verwertung ausrangierter Verkehrsflugzeuge zu erörtern. Noch in jüngster Zeit gab es zwischen diesen beiden Branchen nur relativ wenig Berührungspunkte. Das hat sich geändert: Das Thema „Flugzeugrecycling“ erfährt zunehmend breite Aufmerksamkeit in Politik und Industrie. Dabei zeigt sich, dass noch enormer Informations- und Wissensbedarf besteht. In Deutschland sind bislang fünf Unternehmen bekannt, die sich in Sachen Flugrecycling besonders engagieren. Zu nennen sind die Keske Entsorgung GmbH, die Cronimet Holding GmbH, die Exner Technology GmbH, die STUTE Logistics (AG & Co.) KG und die Süderelbe AG. Von den deutschen Forschungseinrichtungen beschäftigt sich neben der Hochschule Pforzheim (Institut für nachhaltige Produktforschung, Prof. Jörg Woidasky) und dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie die Technische Universität Clausthal (Institut für Aufbereitung, Deponietechnik und Geomechanik) mit dem Thema, und von Verbandsseite sind bereits die BDSV-Bundesvereinigung Deutscher Stahlrecycling- und Entsorgungsunternehmen e.V. und der BDE Bundesverband der Deutschen Entsorgungs-, Wasser- und Rohstoffwirtschaft e.V. aktiv geworden.

Keske, STUTE, die TU Clausthal und Süderelbe sind Partner des Forschungsverbundprojekts „More-Aero“. Im Mittelpunkt stehen mobile Einheiten (Maschinen/Anlagen, Transport-Logistiksysteme) für das Flugzeugrecycling, die vor Ort, auf „Flugzeugfriedhöfen“ eingesetzt werden können. Als technischer Experte begleitet hier Sebastian Jeanvré, Ingenieurbüro Jeanvré, Cronimet Holding, den Stand der Entwicklung. Der Diplomingenieur ist auf das Thema Flugzeugrecycling spezialisiert und hat dazu schon einige wissenschaftliche Aufsätze verfasst, die – mit freundlicher Unterstützung – den Recherchen dieses Beitrags zum Status quo beim Flugzeugrecycling unter anderem zugrunde liegen.

Das Potenzial lässt sich nur schätzen

Wie viele Flugzeuge in den nächsten Jahren von den Fluggesellschaften außer Dienst gestellt werden, lässt sich nur anhand neu produzierter und verkaufter Maschinen schätzen. So prognostizierte der europäische Flugzeughersteller Airbus, dass zwischen 2009 und 2028 weltweit 24.262 Maschinen gebaut und in diesem Zeitraum etwa 6.500 Passagierflugzeuge mit mehr als hundert Sitzplätzen sowie Frachtflugzeuge ausrangiert werden. US-Konkurrent Boeing geht hier gar von 8.500 Maschinen aus. Im Mittel wären das 400 bis 450 Altflugzeuge jährlich, die bis zu 30 und mehr Jahre im Einsatz internationaler Fluggesellschaften waren und sind. Dabei sind die Altflugzeuge anderer Hersteller nicht mit erfasst. Ebenso wenig die Maschinen im Dienst von etwa 300 Luftfahrtgesellschaften, die auf der „Schwarzen Liste“ der EU stehen und demnach ein Sicherheitsrisiko darstellen. Der Luftfahrtbetrieb in Europa ist ihnen untersagt.
Außen vor bleiben in diesen Hochrechnungen auch Jets mit unter hundert Sitzplätzen, Privat-, Sport- und Militärflugzeuge sowie Helikopter. Auf dem Areal der U.S. Airforce Base Davis-Monthan in Tucson, Arizona, sind zum Beispiel über 4.000 ausgemusterte und zum Teil noch gewartete Militärflugzeuge sowie 6.000 Turbinen abgestellt. Wenn auch vielleicht nicht in dieser Größenordnung, so finden sich doch rund um den Globus am Rande von Flugplätzen zahlreiche solcher Flugzeugfriedhöfe. Das aride Klima in den nordamerikanischen Wüstengebieten mit geringer Luftfeuchtigkeit schützt die Maschinen vor Korrosion und Oxydation. Die Flugzeuge dienen dort als Ersatzteillager und werden zu 20 Prozent sogar wieder aktiviert. Für das Recycling ergibt sich folglich in den nächsten Jahren ein Potenzial von 80 Prozent oder rund 3.200 Maschinen. In den Flugzeugkomponenten am Standort Tucson sind vor allem Nichteisenmetalle als Verbundstoffe verbaut.

Erwartetes stoffliches Recyclingpotential aus Altflugzeugen weltweit (ohne die Flugmuster der „Schwarzen Liste“ der EU, private und militärische Flugzeuge), Grafik: Keske Entsorgung GmbH

Erwartetes stoffliches Recyclingpotential aus Altflugzeugen weltweit (ohne die Flugmuster der „Schwarzen Liste“ der EU, private und militärische Flugzeuge), Grafik: Keske Entsorgung GmbH

Der Zahn der Zeit

Wenn Passagierflugzeuge ein gewisses Alter erreicht haben, stellt sich für die Betreiber die Frage, ob es sich lohnt, das Flugzeug zum Frachter entsprechend umgebaut weiter zu nutzen. Denn mit zunehmendem Alter erhöht sich der Wartungsaufwand, die Maschinen verbrauchen mehr Treibstoff, und sie verfügen über keine modernen, geräuscharmen Turbinen, wie sie heute vorgeschrieben sind. Zumeist werden diese Flugzeuge, an denen der Zahn der Zeit genagt hat – das Material der Flugzeugkomponenten korrodiert naturgemäß an irrreparablen Stellen, zum Beispiel an der Flügelwurzel, in Schwellen- oder Dritte-Welt-Länder veräußert, wo in der Regel keine so hohen und strengen behördlichen Sicherheitsstandards und Umweltauflagen gelten wie in Europa oder Nordamerika.

Alternativ könnten die Letztbesitzer von außer Dienst genommenen Flugzeugen diese ausschlachten und hier die Hochwertteile meistbietend verkaufen und den Rest dann entsorgen lassen. Das geschieht auch: Ersatzteile werden weltweit gehandelt. Viele Fluggesellschaften halten dadurch ihre veraltete Flotte flugfähig. Allerdings sind für einige Modelle aufgrund ausgelaufener Flugzeugprogramme schon Engpässe bei der Verfügbarkeit von Ersatzteilen der Originalhersteller entstanden. Turbinen, Fahrwerk, Avionik, Systembauteile etc. als Hochwertteile zum Beispiel bei einer Boeing 747 liegen je nach Laufstunden der Komponenten preislich bei etwa zwei bis drei Millionen Euro. Der Schrottwert macht dabei zwischen 60.000 und 100.000 Euro aus.

Was es zu bedenken gilt

Die Fluggesellschaften können ihre Altmaschinen nicht ohne weiteres zur Verwertung freigeben. Wobei unter „Verwerten“ allgemein der Ausbau von Ersatzteilen und der Handel damit zu verstehen ist. Was hier zulässig ist, regeln die internationalen Luftsicherheitsgesetze. Für die Einhaltung der Bestimmungen und Vorschriften ist in Deutschland das Luftfahrt Bundesamt (LBA) und auf EU-Ebene die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) zuständig. Ist der Flieger nach seinem letzten Flug erst einmal auf dem Gelände eines Flughafens stillgelegt worden, kriegt man ihn, einfach gesagt, nicht mehr dort weg. Aus dem Verkehr gezogen, ohne Flugberechtigung kann er nur vor Ort rückgebaut und verwertet werden. Für den Vermarkter der Bestandteile eines Flugzeuges gilt es dabei zu bedenken, dass er sich in einem Zollraum befindet: Sämtliche Materialien, die er auf dem Gelände eines Flughafens aus einem stillgelegten Altflugzeug fördert und abtransportiert, muss er ausführen und folglich versteuern.

Wer was wann wie verwertet, darüber entscheidet nicht die Airline, in dessen Dienst das Flugzeug stand. Die Fluggesellschaften sind meist nicht die Eigentümer ihrer Flotte. Das sind in der Regel Leasinggesellschaften, hinter denen sich oft ganze Firmengruppen, Banken, Konsortien verbergen, deren Einzelinteressen dann nicht immer leicht unter einen Hut zu bringen sind. Ist die Entscheidung getroffen, ein stillgelegtes Flugzeug zu verwerten, beauftragen die Besitzer häufig Wartungsbetriebe auf dem Flughafen mit dem Rückbau. Dabei wird zunächst eine „zertifizierte Hochwertteilegewinnung“ nach den gesetzlichen Anforderungen durchgeführt. Wiederverwendbare Komponenten wie Turbinen, Avionik, Fahrwerk, Systembauteile etc. gehen dann an Spezialbetriebe der Luftfahrzeug-Instandhaltung. Das, was übrig bleibt, meist Verbundstoffe, wird entsorgt. Das heißt, diese Materialien landen überwiegend auf Deponien.

Nicht nur ein Ersatzteillager

Dass Altflugzeuge nicht nur ein Ersatzteillager, sondern auch eine Sekundärrohstoffquelle sind – diesen Beweis trat als erstes das 2006 initiierte Airbus-Projekt „Pamela“ (Project for Advanced Management of End-of-Life Aircraft) an. Boeing zog nach und gründete als Non-Profit-Organisation die „Aircraft Fleet Recycling Association“ (AFRA). Beim Pamela-Projekt wurde ein ausgemusterter, 106 Tonnen schwerer Airbus 300, Baujahr 1980 trockengelegt (Absaugen von Wasser, Abwasser, Kerosin aus den Flügeltanks) und dann nach Materialfraktionen zerlegt. Im Ergebnis konnten 74,5 Tonnen an wiederverwertbaren Materialien (hauptsächlich Nichteisenmetalle und Stahl) rückgewonnen werden.

Nach Erkenntnissen der TU Clausthal, die ebenso wie Airbus von rund 6.500 ausgemusterten Altflugzeugen bis 2028 ausgeht – ein Materiallager von circa 456.000 Tonnen –, stünden theoretisch, bei einer jährlich angenommenen Rücklaufmenge von 425 Flugzeugen, bis zu 60 Tonnen Verbundmaterialien (Aluminium, Titan, Kupfer, Kunststoff, Elektroschrott und Sonstiges) pro Flugzeug für die stoffliche Verwertung zur Verfügung. Das wären insgesamt circa 25.500 Tonnen Verbundmaterialen pro Jahr mit einem Aluminiumanteil von 77 Prozent. Bei einer sauberen Aufbereitung könnten gut 20.000 Tonnen pro Jahr Aluminium als Sekundärrohstoff gewonnen werden.

Vielschichtig und komplex

Im Oktober und November 2012 führte die TU Clausthal dazu ein Rückbauprojekt durch: Aus einem Airbus 300-B4F wurden 40 Materialproben aus signifikanten Bereichen der Außenhaut und der tragenden Struktur des Flugzeugs entnommen und diese mittels optischer Emissionsspek­troskopie chemisch analysiert. So bestand der Großteil der Außenhaut-Elemente (Flugzeugrumpf, Flügel, Leitwerke) aus Aluminiumlegierungen. Die tragenden Strukturen wie Stringer, Spanten, Beplankung etc. enthielten neben Aluminiumlegierungen auch Eisen-basierte Werkstoffe. An einigen wenigen, aber besonders beanspruchten Stellen des Flugzeuges fanden sich zudem Titanlegierungen: am aerodynamischem Staupunkt über der Pilotenkanzel, im Bewegungsbereich der Höhenleitwerke und an Teilen der Abgasanlage.
Die Aluminiumverbindungen wiesen als Hauptlegierungselemente Kupfer, Magnesium und Zink auf. Als weitere verbaute Werkstoffe konnten Eisenlegierungen mit Chrom-, Mangan- und Nickelanteilen und Titanbauteile mit den Hauptlegierungselementen Molybdän, Aluminium und Vanadium identifiziert werden, daneben auch metallische Verbundwerkstoffe mit einem erheblichen Anteil an Aluminium. Im Ergebnis zeigte das Projekt, dass sich 60 Prozent der Baukomponenten des Airbus verwerten ließen.

Allerdings erfordert dies schon bei einem Flugzeugmodell aus den 1980er Jahren aufwändige Trennverfahren. Denn bei einer „Lebenserwartung“ von bis zu 30 und mehr Jahren wurde bislang in der Entwicklung von Flugzeugen die Recyclingfähigkeit verbauter Materialien kaum berücksichtigt. Im Laufe der Luftfahrtgeschichte sind die im Verbund verwendeten Materialien, die gravierenden physikalischen Belastungen ausgesetzt sind, immer vielschichtiger und komplexer geworden. Bei den heute gebauten Flugzeugen, die voraussichtlich ab 2040 ein Recyclingpotenzial bieten, liegt der Anteil an carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) schon bei 50 Prozent. Der Aluminiumanteil sinkt bei dieser neuen Generation auf 20 Prozent. Bei der Aufbereitung der Wertstoffkomponenten eines Flugzeugs zu Sekundärrohstoffen für die verarbeitenden Industrien sind Qualitätsverluste, Downcycling und damit Absatzschwierigkeiten nicht auszuschließen. Das haben Untersuchungen gezeigt.

Wie an Massenströme kommen?

Entscheidend ist überhaupt die Wirtschaftlichkeit: Wie an Massenströme kommen, so dass sich das Recycling von Altflugzeugen und die Vermarktung der Sekundärrohstoffe für die Branche rechnet? Ohne konzentrierte Sammelpunkte und demnach spezielle zertifizierte Schrottplätze auf dem Gelände von Flugplätzen mit entsprechenden, modernen Verwertungsstrukturen scheint das nicht möglich.

Doch wie ist das auch logistisch zu realisieren? Die 400 bis 450 Passagierflugzeuge, die voraussichtlich bis 2028 jedes Jahr außer Dienst gestellt werden, finden sich weltweit verstreut, vereinzelt wieder. Sie verbleiben, wie schon erwähnt und als Problem für das Recycling, am Boden, dem Ort ihrer letzten Landung und dort in ihrer finalen Parkposition. Sie dürfen nicht wieder starten, und wenn, dann nur unter sehr großen, kostenintensiven technischen und behördlichen Aufwendungen, die die hohen internationalen Flugsicherheitsstandards und Umweltauflagen erfüllen. Vorausgesetzt, es sind Verwertungsstrukturen vorhanden, können Altflugzeuge folglich nur dort demontiert und recycelt werden, wo sie abgestellt sind. Und das ist nicht überall gegeben.

Von der Schadstoffentfrachtung zur Aufbereitung

Als wirtschaftliche Lösung stellt sich das Forschungsverbundprojekt „More-Aero“ dar. Technisch federführend ist hier die Keske Entsorgung GmbH: Das Unternehmen aus Braunschweig hat eine mobile Einheit für das Altflugzeugrecycling entwickelt, die überall in der Welt flexibel eingesetzt werden kann. Ermöglicht wird eine dezentrale und autarke und dabei gesetzes- und umweltkonforme Schadstoffentfrachtung sowie eine Vorzerkleinerung der Flugzeugzelle. Auch für kleinere Maschinen wird diese Rückbaudienstleistung angeboten. Die mobile Einheit lässt sich in Standard-Container per Schiff, Bahn, Lkw zum Einsatzort transportieren. Ebenso die teilzerlegten Flugzeuge, um sie weiteren Verwertungsprozessen zuzuführen. Mit „More-Aero“ wurde außerdem ein Netzwerk gegründet. Es umspannt ein ganzheitliches Abnahmesystem für Altflugzeuge und Aufbereitungsverfahren.

Das Projektmanagement zur Vorbereitung von weltweiten Rückbauprojekten mit Schadstoffentfrachtung, Vorzerkleinerung und Vorsortierung obliegt der Keske Entsorgung GmbH. Für die konventionelle mechanische Aufbereitung ist die Exner Technology GmbH verantwortlich. Schwerpunkt ist hier die trockene mechanische Aufbereitung und Aufkonzentrierung der Sekundärrohstoffe aus Verbundwerkstoffen mit einem bestimmten Ne-Metallanteil.

Schritt für Schritt ins Recycling

Bevor die Sekundärrohstoffe sortenrein aufkonzentriert werden können, müssen als erstes die drei Kerosintanks, die sich in den Flügeln und zwischen den Flügelwurzeln eines Flugzeugs befinden, trockengelegt werden. Dieser Verfahrensschritt der Schadstoffentfrachtung enthält auch die Entlastung und Trockenlegung der druckbelasteten Hydraulik- und Sauerstoffsysteme. Ist die Trockenlegung abgeschlossen, müssen die Tanks belüftet und eine Explosionsmessung durchgeführt werden. Des Weiteren werden die pyrotechnischen und druckbelasteten Sicherheitseinrichtungen sowie die Rauchmelder, die über Ionisation arbeiten, entfernt. Sämtliche Komponenten werden hier, wie Keske versichert, fachmännisch bei Spezialisten für radioaktive Stoffe entsorgt. Es folgen der Ausbau der Sitze und des Interieurs und die Demontage der drei Fahrwerke vor Ort, wobei das Flugzeug aufgebockt wird. Danach wird das Flugzeug im Vorbehandlungsverfahren mit einem Mobilbagger und einer Schrottschere vorzerkleinert. Es gilt, das Material transportfähig zu machen, die Schüttdichte für den Transport mittels See- oder Abrollcontainer in eine Aufbereitungsanlage zu optimieren.

Der dort stattfindende Aufschluss der Verbundstoffe nach möglichst sortenreinen Materialfraktionen ohne Fremdanhaftungen und die Zerkleinerung vollzieht sich in einem ersten Schritt über eine Vorzerkleinerungsstufe mit einem langsam laufenden Shredder. Über mehrere und verschiedene Zerkleinerungsstufen wird im zweiten Schritt das Material hinsichtlich der Stückgröße bearbeitet. Im weiteren Mahlprozess entsteht eine definierte Korngröße; die spezifische Oberfläche wird für die nächsten Prozessstufen vergrößert. Anschließend erfolgt die Klassierung der Sekundärrohstoffe über die geometrischen und physikalischen Stoffeigenschaften – wie durch eine Siebklassierung mit dem Vibrationssieb. In diesem Prozess werden die verschiedenen physikalischen Materialeigenschaften genutzt. Mittels Wirbelstromscheidern, elektrostatischen Scheidern und Setztischen können sortenreine Konzen­trate hergestellt werden. Entsprechend der Abnahmekriterien und Qualitätsanforderung der Produkte werden die Sekundärrohstoffe in dem Prozess an verschiedenen Punkten ausgeschleust. Im Rahmen der Aufbereitung am Standort Deutschland werden vor allem Aluminium, Stahl, Titan, Kupfer und Kohlefaserverbundstoffe aus dem Altflugzeug getrennt. Wichtig hierbei sind auch die Avionik-Bauteile, die als Elektronikschrott zahlreiche Edelmetalle wie Gold, Silber, Platin etc. enthalten.

Flugzeugrecycling war auch das Thema eines BDE-Specials auf der IFAT. Die Teilnehmer von links: Arne Müller (STUTE Logistics (AG & Co.) KG), Norbert Steinkemper (Süderelbe AG), Dr. Rainer Cosson (BDSV), Marc Keske (Keske Entsorgung GmbH), Christian Duwe (TU Clausthal), Foto: Marc Szombathy

Flugzeugrecycling war auch das Thema eines BDE-Specials auf der IFAT. Die Teilnehmer von links: Arne Müller (STUTE Logistics (AG & Co.) KG), Norbert Steinkemper (Süderelbe AG), Dr. Rainer Cosson (BDSV), Marc Keske (Keske Entsorgung GmbH), Christian Duwe (TU Clausthal), Foto: Marc Szombathy

Welche Projekte schon umgesetzt wurden

Im April 2010 wurde ein zweimotoriges Geschäftsflugzeug, eine Piper PA 31 mit 2,2 Tonnen, von der Keske Entsorgung GmbH zurückgebaut und recycelt. Ebenso verfahren wurde im März 2011 mit einem Militärflugzeug namens Brequet Atlantic, das beim deutschen Marinefliegergeschwader 3 Graf Zeppelin seinen Dienst verrichtete. Bestimmte Segmente der 25 Tonnen-Maschine gingen in die Marineflieger-Lehrsammlung nach Nordholz in Niedersachsen, mit dem Rest des Altflugzeugs wurden erste repräsentative Aufbereitungsmöglichkeiten getestet. Im Oktober 2011 erhielt Keseke den Auftrag, zwei Boeing-Maschinen vom Typ 737-300 am Kuala Lumpur International Airport (KLIA) in Malaysia rückzubauen. Die Hochwertteilegewinnung wurde vom Auftraggeber geleistet. Hernach wurde die Restzelle zum Verschrotten übergeben und das vorzerkleinerte Material zur Aufbereitung nach Deutschland verbracht.

Der Anfang ist erst gemacht

Ebenso wie die Unternehmen des „More-Aero“-Projekts fordern auch andere Marktteilnehmer mittlerweile einen gesetzlichen Rahmen, um in Europa das Recycling von Flugzeugen voranzubringen. Denn ein Anfang ist erst gemacht worden. Die Wertschöpfungskette braucht weitere Glieder. Auf den letzten Fachveranstaltungen zum Thema wurde daher die Einführung einer Altflugzeugrichtlinie, wie sie bereits für Altfahrzeuge gilt, angeregt und diskutiert. Die Flugzeughersteller sollten zur Rücknahme von Altflugzeugen verpflichtet werden und zudem den Verwertern eine Stoffliste zur Verfügung stellen, aus der ersichtlich ist, welche Materialien und Verbundstoffen bei einem Flugzeug verbaut wurden. Erst mit dieser Kenntnis werden ein sachgerechter Rückbau und ein qualitatives Recycling von Flugzeugen ermöglicht, so die Überzeugung.

Als Vorbild dienen beispielsweise Schiffe mit mehr als 500 Bruttoregistertonnen, für die schon eine Schadstoffliste (Inventory of Hazardous Materials) entwickelt wurde, die unter anderem vom Bureau Veritas und der Germanischen Lloyd zertifiziert ist. Ein Schiffs-TÜV sozusagen. Die Internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO) der UNO beschloss außerdem eine Konvention für das Recycling von Schiffen mit umfangreichen Vorschriften für Hersteller, Eigner und Recyclingunternehmen. Nur nach den Vorgaben zertifizierte Schiffe dürfen abgewrackt werden.

 


Literatur

Sebastian Jeanvré: Flugzeug-Recycling – Neue Ansätze zur Rohstoffrückgewinnung, erschienen in: Recycling und Rohstoffe (Band 5), herausgegeben von Karl J. Thomé-Kozmiensky und Daniel Goldmann, TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky 2012, ISBN 978-3-935317-81-8.


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