Recycling von WDVS: So werden EPS-Dämmsysteme wiederverwertet

Die energetische Sanierung von Gebäuden ist ein zentraler Bestandteil der Bemühungen, den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen im Baubereich zu reduzieren. Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) mit expandiertem Polystyrol (EPS) spielen eine wichtige Rolle bei der effektiven Wärmedämmung von Fassaden. Jahrzehnte nach ihrer Einführung fallen sie bei Sanierungs- und Rückbaumaßnahmen in naher Zukunft vermehrt als Abfall an. Ein langfristig nachhaltiger Ansatz zur Verwertung dieses Abfallstroms, der die Ressourceneffizienz berücksichtigt, existiert bisher jedoch noch nicht.

Wie viel WDVS-Abfall anfällt

Wärmedämmverbundsysteme werden seit den 1960er Jahren zur Dämmung von Fassaden sowohl bei Bestands- als auch Neubauten verwendet. In Deutschland wurden zwischen 1960 und 2023 rund 1,4 Milliarden Quadratmeter verbaut [1]. Jährlich kommen rund 30 Millionen Quadratmeter verbaute Fläche hinzu. Dabei haben EPS-Systeme bezogen auf den bislang verbauten Gesamtbestand einen Anteil von 80 Prozent [2]. Der aktuelle Marktanteil liegt bei 54 Prozent [3]. 

Bedingt durch Sanierungs-, Modernisierungs- und Rückbaumaßnahmen fallen derzeit jährlich rund 100.000 Tonnen WDVS mit EPS an (Abb. 1). Bis zum Jahr 2030 kann bei einer angenommenen durchschnittlichen Rückbauaktivität mit über 150.000 Tonnen Abfall von WDVS mit EPS pro Jahr gerechnet werden [4]. 

Wie der WDVS-Abfall aktuell entsorgt wird 

Trotz der zurzeit noch eher geringen Rückbauraten stellt die Entsorgung der WDVS-Abfälle eine Herausforderung dar. Die Verbundwirkung der einzelnen Materialkomponenten erschwert beim Rückbau eine sortenreine Trennung. Bei steigenden Verwertungsanforderungen an die Bauabfallströme wird eine Verwertung der einzelnen WDVS-Komponenten – EPS, Gewebe, Kleber, Putz – zusätzlich dadurch erschwert, dass in EPS das Flammschutzmittel Hexabromcyclododecan (HBCD) verwendet wurde. 

Seit 2013 ist HBCD gemäß der Stockholm-Konvention als langlebiger organischer Schadstoff eingestuft (POP, persistent organic pollutant) [5]. Als Reaktion darauf wurde HBCD ab 2015 in den Dämmplatten durch das polymere Flammschutzmittel Polymer-FR ersetzt. Gemäß der POP-Abfall-Überwachungsverordnung müssen EPS-Dämmplatten ab einem HBCD-Gehalt von 1.000 Milligramm pro Kilogramm bei einem Rückbau separat gesammelt und entsorgt werden, das heißt verbrannt [6]. Zurzeit ist die Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen (MVA) für 95 Prozent des Gesamtabfallaufkommens der primäre Entsorgungsweg [7]. 

Abgesehen von der mangelnden Ressourceneffizienz ist dieser Ansatz auch unter technischen Gesichtspunkten kritisch zu sehen. MVA sind gewöhnlich auf Materialien mit einem Heizwert von durchschnittlich 10.000 Kilojoule pro Kilogramm ausgelegt, der von EPS liegt allerdings bei zirka 38.000. Außerdem bestehen WDVS zu zirka 90 Masseprozent unter anderem aus Klebern und Putz, was zu einem signifikanten Anstieg des Ascheanteils und damit zu zusätzlichen Kosten für die MVA-Betreiber führt. Zudem sind MVA in Deutschland aktuell sowie mittel- bis langfristig weitgehend ausgelastet, wodurch diese Abfälle aus Sicht eines MVA-Betreibers wirtschaftlich weitgehend uninteressant sind. Das zeigt sich in den aktuellen Entsorgungspreisen für diese Bau- und Abbruchabfälle, welche teilweise über 350 Euro pro Tonne liegen [8]. 

Einige Entsorgungsunternehmen verweigern die Annahme von EPS-haltigem WDVS-Abfall zu den Konditionen von gemischten Bau- und Abbruchabfällen, sodass in manchen Regionen unabhängig von der genauen Zusammensetzung bereits über 1.750 Euro pro Tonne verlangt werden [4,8]. Für die zukünftig steigenden Mengen an WDVS-Abfällen auf EPS-Basis werden daher neue, unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten sinnvolle Entsorgungsstrategien benötigt. 

Neue Verwertungswege für WDVS-­Abfälle

Im Folgenden stellen wir alternative Entsorgungswege für WDVS mit HBCD-haltigem EPS vor und vergleichen sie unter ökologischen sowie ökonomischen Gesichtspunkten mit dem aktuellen Entsorgungsweg (MVA). Vertiefende Informationen sind der Dissertation „Entwicklung und Bewertung von Entsorgungsstrategien für Wärmedämmverbundsysteme mit expandiertem Polystyrol“ von Niklas Heller zu entnehmen [4]. 

Stoffliche und energetische Verwertung in ­Zementwerken

Die Entsorgung von Abfällen in Zementwerken ist in Deutschland etablierte Praxis. So wird der hohe Energie-bedarf für den Produktionsprozess aktuell zu über 70 Prozent aus sekundären Brennstoffen gedeckt. Zusätzlich können mineralische Bestandteile in den Abfällen bei entsprechender Eignung stofflich verwertet werden und Teile des Rohmehls ersetzen [9]. Das eröffnet neue Entsorgungsoptionen für WDVS-Abfälle, die in Zementwerken bislang nicht eingesetzt wurden. Erste konkrete Großversuche und begleitende Analysen zeigen, dass bei einer entsprechenden Konfektionierung der Abfälle deren Aufgabe im Zementwerk technisch möglich ist [10]. Mit einem zweiten Großversuch mit erhöhter WDVS-Einsatzmenge und einem umfangreichen Analysenprogramm sollen diese ersten Erkenntnisse vertieft und weiter abgesichert werden.Stark vereinfacht wird beim Zementherstellungsprozess Kalkstein zu Zementklinker gebrannt, der anschließend unter Zugabe von weiteren mineralischen Komponenten zu Zement mit definierten Eigenschaften vermahlen wird. Beim Brennprozess gehen auch die Aschen der eingesetzten Primär- und Sekundärbrennstoffe als mineralische Komponenten in den Zementklinker ein und beeinflussen dessen technologische und umweltrelevante Eigenschaften (Abb. 2).

Voraussetzung für den Einsatz von WDVS in einem Zementwerk ist neben der Freiheit von Metallen eine gute Blasfähigkeit des Abfallgemisches, da der Brennstoff in der Regel pneumatisch über die sogenannte Sekundärfeuerung eingebracht wird. Die Eigenschaft wird durch eine vorherige Aufbereitung mittels Zerkleinerung und Metallabscheidung gewährleistet. 

Während das EPS durch den hohen Heizwert energetisch genutzt wird, ersetzen die vorwiegend mineralischen Bestandteile des WDVS, wie Kleber und Putze, Anteile der Primärrohstoffe. Die Eigenschaften des Zementklinkers dürfen hierdurch nicht negativ beeinflusst werden, was durch entsprechende mineralogische Untersuchungen des WDVS im Vorfeld sichergestellt werden muss. Analog gilt dies für weitere umweltrelevante Inhaltsstoffe wie zum Beispiel Schwermetalle in Bezug auf die Emissionen. Bisherige Ergebnisse zeigen die grundsätzliche Eignung der WDVS-Abfälle, da bestehende Grenzwerte für den Input eingehalten werden beziehungsweise von einer Zerstörung der organischen Inhaltsstoffe auszugehen ist [10]. 

Stoffliche Verwertung durch ­PolyStyreneLoop

Neben der stofflich-energetischen Verwertung des gesamten WDVS in einem Zementwerk kann PolyStyreneLoop, eine Initiative der PS-Hartschaum-Industrie, die separate stoffliche Verwertung vor allem des HBCD-haltigen EPS anbieten. Im Juni 2021 wurde dazu eine Demonstrationsanlage im niederländischen Terneuzen mit einer jährlichen Kapazität von 3.300 Tonnen recyceltem EPS-Abfall in Betrieb genommen. 2022 hat das neu gegründete Unternehmen PS Loop mit der kontinuierlichen Produktion von fünf Tonnen pro Woche recyceltem Polystyrol aus HBCD-haltigen EPS-Bauabfällen begonnen [11]. 

PolyStyreneLoop nutzt einen physikalisch-chemischen Prozess, der auf dem Prinzip selektiver Extraktion beruht. Dabei wird Polystyrol zurückgewonnen, das anschließend als Rohstoff für die Herstellung von neuem EPS verwendet werden kann. Zusätzlich entsteht ein HBCD-haltiger Schlamm, aus dem das darin enthaltene Brom gewonnen werden kann [12]. 

Die Anlieferung der EPS-Abfälle, derzeit überwiegend aus Flachdachdämmungen, erfolgt über Sammelstellen, sogenannter Hubs, vertraglich gebundener Entsorgungsunternehmen. Verwertet wird hauptsächlich sortenreines, HBCD-haltiges EPS. Die Gewinnung von ausreichend reinem EPS aus WDVS-Abfällen erfordert eine umfangreiche Aufbereitung. Großtechnische Versuche von Heller haben gezeigt, dass die Anforderungen seitens PSLoop mittels entsprechender Aufbereitungstechnik erreicht werden können und sich so eine weitgehend sortenreine EPS-Fraktion aus WDVS-Abfall erzeugen lässt [4]. 

Da beim PS-Loop-Verfahren keine Verwertung der im WDVS massenmäßig überwiegenden Abfallbestandteile stattfindet, kann die Methode zukünftig nur in Kombination mit einem weiteren Verfahren, wie zum Beispiel der Verwertung der Putze in der Zementindustrie, zu einer ganzheitlichen WDVS-Entsorgungsstrategie führen. 

Entsorgungsstrategien ökologisch und ökonomisch bewertet

Angesichts des Klimawandels und der Dringlichkeit, Treibhausgasemissionen zu reduzieren, hat Heller eine Bewertung verschiedener Entsorgungsstrategien hinsichtlich ihrer CO₂-Emissionen durchgeführt. Ziel war es zudem zu prüfen, ob ökologisch vorteilhafte Verfahren auch wirtschaftlich rentabel sein können. Dazu hat er die Kosten sowie potenzielle Einsparungen im Rahmen der Verwertungsprozesse betrachtet. Die Bewertungen basierten auf Modellierungen unter Einbeziehung von Erkenntnissen aus großtechnischen Versuchen, Datenbanken und bestehenden Lebenszyklusanalysen. Im Folgenden werden die modellierten Szenarien, grundlegende Parameter sowie die Ergebnisse dargestellt.

Die zukünftig möglichen Verwertungsstrategien für WDVS-Abfälle mit EPS wurden in vier Szenarien zusammengefasst. Diese Szenarien repräsentieren verschiedene mögliche Kombinationen der zuvor beschriebenen Entsorgungswege für WDVS mit EPS (Abb. 3). Szenario 0 zeigt den aktuellen Status quo (MVA), während Szenario A die Entsorgung eines WDVS-Abfallgemisches in der Zementindustrie darstellt. In den Szenarien B und C wird das EPS nach entsprechender Aufbereitung jeweils einer stofflichen Verwertung bei PSLoop zugeführt, während die mineralische Komponente des WDVS in der MVA (Szenario B) beziehungsweise im Zementwerk (Szenario C) verwertet wird.

Basierend auf diesen Szenarien wurde mittels Modellierung gezeigt, dass mit den Szenarien A bis C nahezu alle untersuchten Entsorgungsstrategien im Vergleich zum Status quo (Szenario 0) in der MVA sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bieten. Hierfür wurden die Treibhausgasemissionen sowie die Kosten entlang der verschiedenen Prozessschritte – Aufbereitung, Transport, Verbrennung und sonstige Prozesse – und den damit verbundenen Emissionen und Kosten berechnet, einschließlich Gutschriften aus beispielsweise der Substitution von Metallen oder der energetischen Verwertung (Abb. 4, Abb. 5). In den Szenarien A und C werden für die Verwertung im Zementwerk hypothetische Annahmegebühren ausgewiesen, bei denen die gesamten Entsorgungskosten nicht höher als im Szenario MVA liegen (214 Euro pro Milligramm inklusive Transportkosten). Für die Verwertung von EPS bei PolyStyreneLoop fielen zum Zeitpunkt der Modellierung keine Verwertungsentgelte an.

Es zeigt sich, dass insbesondere Szenario C aufgrund des hohen Anteils einer stofflichen Verwertung die beste CO₂-Bilanz aufweist, und damit die Anforderungen des Kreislaufwirtschaftsgesetzes am besten erfüllen könnte. Dabei ist jedoch anzumerken, dass die einzige derzeit existierende Anlage sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, und dieser Verwertungsweg daher derzeit noch nicht flächendeckend verfügbar ist. 

Szenario A stellt im Vergleich zum Status quo ebenfalls einen ökologisch vorteilhaften Verwertungsweg dar, der auch ökonomisch Vorteile bietet, da die abgeleiteten potenziellen Verwertungsentgelte über den derzeitigen Annahmepreisen für Fraktionen zur Verwertung in der Sekundärfeuerung von Zementwerken liegen. 

Auch das ökologisch vorteilhaftere Szenario C besitzt das Potenzial, eine wirtschaftlich attraktive Entsorgungsstrategie zu sein. Basierend auf ersten Erkenntnissen aus praktischen Großversuchen scheint eine kurzfristige Etablierung dieses Verwertungsweges möglich zu sein. 

Szenario B stellt dagegen mit abgeleiteten Entsorgungskosten von 303 Euro pro Milligramm WDVS-Abfall sowie einer ungünstigeren CO₂-Bewertung im Vergleich zu Szenario A und C keine wirtschaftlich tragfähige Alternative dar.

WDVS-Verwertung in Zementwerken kurzfristig realisierbar

Gemäß den durchgeführten Prognosen werden die Mengen an EPS-haltigen WDVS-Abfällen stetig zunehmen. Die Kapazitäten der MVA sind begrenzt, regional stellt die Entsorgung bereits heute eine technische wie wirtschaftliche Herausforderung dar. Angesichts politischer und gesellschaftlicher Anforderungen sind daher andere, ökologisch und ökonomisch vorteilhafte Verwertungsstrategien, wie die stofflich-energetische Verwertung des gesamten WDVS in der Zementindustrie sowie die stoffliche Verwertung von EPS bei PolyStyreneLoop erforderlich. Beide Wege setzen eine zusätzliche mechanische Aufbereitung der WDVS-Abfälle voraus. 

Modellierungsergebnisse zeigen, dass die hier betrachteten alternativen Verwertungsstrategien im Vergleich zum Status quo zu einer deutlichen Verringerung der Treibhausgasemissionen führen, wobei die Kombination aus stofflicher Verwertung des EPS bei PSLoop und der mineralischen Fraktion im Zementwerk die größten Einsparungen bietet und gleichzeitig die gesetzlichen Anforderungen der Kreislaufwirtschaft am besten erfüllen kann. Die kurz- bis mittelfristige Umsetzung des Szenarios erscheint aufgrund der aktuellen begrenzten Annahmekapazitäten und des frühen Entwicklungsstadiums der Pilotanlage in Terneuzen noch nicht möglich. Dennoch sollte diese Option aufgrund ihres hohen ökologischen Potenzials in Zukunft angestrebt werden. 

Aktuell erscheint die Verwertung von WDVS in Zementwerken als ökologisch und ökonomisch tragfähige Strategie, die kurzfristig realisierbar wäre. Ein letzter Großversuch mit einer umfassenden Messkampagne wurde kürzlich in einem Zementwerk durchgeführt, abschließende Ergebnisse werden in Kürze erwartet. 

Autoren

Sabine Flamme ist Professorin und lehrt Ressourcen-, Stoffstrom- und Infrastrukturmanagement am Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster. 

Erik von Lützau ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster, Arbeitsgruppe Ressourcen. 

Gotthard Walter ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich Bauingenieurwesen der FH Münster, Arbeitsgruppe Ressourcen, und außerdem fachlicher Koordinator der IWARU Arbeitsgruppe Ressourcen.