Wertvoller Müll - Wie gewinnt man die weiterverwertbaren Rohstoffe Plastik und Metall?

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1 Wertvoller Müll - Wie gewinnt man die weiterverwertbaren Rohstoffe Plastik und Metall? Beitrag zu Schüler experimentieren Fachgebiet Arbeitswelt Niedersachsen, 2014 von Carla Mücke (11) und Lisa Sammek (13) Ernst-Moritz-Arndt Gymnasium Osnabrück Betreuer: Hans-Christian Pues, Dr. Markus Woeller 1

2 Kurzfassung Das Ziel unserer Untersuchungen war es, herauszufinden, wie man die verschiedensten Materialien und Stoffe einer alten Mülldeponie so trennen kann, dass sie nicht zerstört werden und man sie wiederverarbeiten kann. In unserer Arbeit haben wir die unterschiedlichsten physikalischen und chemischen Eigenschaften der Stoffe erforscht und einen Plan aufgestellt, wie man die Stoffe nach diesen Eigenschaften trennen kann. Mithilfe verschiedener Modelle und Experimente sind wir zum Ziel unseres Projekts gelangt. Dabei ist uns klar geworden, dass der technische Aufwand zur Trennung der Stoffe sehr hoch ist. Es lohnt sich jedoch diese Stoffe zu trennen und weiterzuverarbeiten, da dies eine deutliche Entlastung der Natur bedeutet, da nicht immer neue Stoffe gefördert und hergestellt werden müssen. 2

3 Inhalt Kurzfassung Einleitung und Zielsetzung unseres Projekts Vorgehensweise, Materialien und Methode Welche Materialien sind wahrscheinlich noch im Piesberg enthalten? Welche Eigenschaften haben die im Müll enthaltenen Materialien? In welcher Reihenfolge müssen die Maschinen aufgestellt werden? Ergebnisse Quellen und Literaturverzeichnis Unterstützungsleistung

4 1 Einleitung und Zielsetzung unseres Projekts Wir haben in der Zeitung gelesen, dass mehrere Wissenschaftler überlegen, ob es sich lohnt, eine bereits bestehende Mülldeponie zu öffnen und die verschiedenen Materialien durch ein kostspieliges Verfahren ans Tageslicht zu bringen. Zunächst haben wir uns gefragt, welche Reststoffe noch in der Deponie verborgen sein könnten. Zweitens ist wichtig, welche dieser Materialien heute noch gebraucht werden können und wertvoll sind. Natürlich konnten wir nie mit Sicherheit sagen, ob diese Stoffe noch vorhanden waren, da es in jeder Deponie verschiede Stoffe gibt. Das hängt nämlich damit zusammen, wie alt die Deponie ist und damit, in welcher Lage sich die Deponie befindet. Wir haben uns für die Deponie am Piesberg in Osnabrück entschieden, weil wir beide ganz in der Nähe wohnen. Diese Deponie wurde 1976 eröffnet und war bis 2005 in Betrieb (OsnabrückerServiceBetrieb, 2013). Unsere Idee ist es, die verschiedenen Materialien möglichst leicht aus der Deponie zu holen, ohne dass diese beschädigt oder vernichtet werden. Wir entschieden uns auch für eine ganz bestimmte Reihenfolge von maschinellen Vorgängen, da wir nicht wollen, dass ein wertvoller Stoff verloren geht. So könnte man neue Rohstoffe erhalten und gleichzeitig den Müllberg in unserer Umgebung abbauen. Dies sollte nur Vorteile haben. 4

5 2 Vorgehensweise, Materialien und Methode 2.1 Welche Materialien sind wahrscheinlich noch im Piesberg enthalten? Zu Beginn unserer Arbeit im August 2013 fanden wir mithilfe einer Internetrecherche Informationen über Mülldeponien. Sehr geholfen hat uns auch Jörg Nispel von der Universität Gießen, der uns auf unsere Anfrage per hin zwei Zeitschriftenartikel und ein Poster geschickt hat. Aus diesen Informationen erstellten wir uns so eine Liste der Stoffe, die mit ziemlicher Sicherheit im Piesberg enthalten sind (Nispel, 2011). a) Kunststoff (Plastik) b) Metalle (Eisen, Zinn, Aluminium, Zink, Kupfer, ) c) Glas (Flaschen, Scherben) d) Schlämme (Erde, Sand, Kies usw.) e) Organische Stoffe (Papier, Haushaltsabfälle wie Eierschalen, Obstreste, ) f) Stoff (Textilien) Nachdem wir dieses geklärt hatten, mussten wir zwei wichtige Fragen klären: Erstens, welche Materialien überhaupt noch brauchbar und noch nicht verrottet sind. Zweitens, welche Materialien brauchbar und somit wertvoll sind. Wir kamen zu folgenden Schlüssen: a) Kunstsoff: ist nicht verrottet. Das Umweltbundesamt gibt z. B. an, dass es bis zu 450 Jahre dauert, bis eine Kunststoffflasche oder eine Babywindel zersetzt ist (Umweltbundesamt, 2013). Da der Grüne Punkt und der Gelbe Sack erst vor 20 Jahren eingeführt wurden, die Deponie am Piesberg aber schon vor 38 Jahren geöffnet wurde, ist auch damit zu rechnen, dass dort noch viel Kunststoff zu finden ist (NDR, 2013). Heute werden bereits viele Wertstoffe extra einzeln im gelben Sack gesammelt und sind somit gut wiederverwertbar oder auch verbrennbar. Außerdem ist Kunststoff ein Stoff, den man gut recyceln oder als Brennstoff nutzen kann, da er einen sehr hohen Heizwert hat. Dies kann man in der folgenden Tabelle von Prof. Dr. Stefan Gäth & M. Sc. Jörg Nispel erkennen (Nispel, 2011): 5

6 b) Metalle: sind nicht verrottet. Von den Metallen können wir alles gebrauchen, da man diese einschmelzen und dann weiterverarbeiten kann. c) Glas: ist auch nicht verrottet. Auch Glas kann man einschmelzen und danach wiederverwehrten. d) Schlämme: sind nicht verrottet, sondern sogar durch die anderen verrotteten Sachen entstanden. Schlämme sind nicht brauchbar. Also müssen wir diese aussortieren. e) Organische Stoffe: sind größtenteils schon verrottet und zu Erde oder Schlamm geworden. Auch Organische Stoffe können wir nicht gebrauchen. Zum Verbrennen eigenen sie sich eher schlecht (Wikipedia, Müllverbrennung, 2013). Dies kann man auch oben in der Tabelle erkennen. Wir müssen diese Stoffe aussortieren. f) Stoff: ist größtenteils verrottet, können wir also auch nicht gebrauchen. Im Folgenden mussten wir uns also auf Kunststoffe und Metall konzentrieren. Unser Ziel war es, diese Stoffe aus all dem anderen Müll herauszufiltern. Hierfür mussten wir genauer schauen, welche Eigenschaften oben genannte Materialien besitzen. 2.2 Welche Eigenschaften haben die im Müll enthaltenen Materialien? Nun, da wir wussten, was mit den verschiedenen Stoffen passiert und ob sie brauchbar sind, mussten wir uns noch Kriterien aussuchen, um danach zu überlegen, welche Maschinen am besten zur Sortierung der Stoffe geeignet sind. Unser Ergebnis haben wir in eine Tabelle geschrieben. Die Informationen zur Schmelztemperatur haben wir im Wikipedia-Artikel Schmelzpunkt gefunden (Wikipedia, Schmelzpunkt, 2014): 6

7 Material In unserem Projekt dargestellt als Magnetisch? Ja/Nein Schmelz- Temperatur (wenn aufgerundet dann mit a versehen) Kunststoff Joghurtbecher Nein Bei Joghurtbechern 130K Glas Haben wir nicht dargestellt, das man sich zu leicht schneiden kann Nein 1480K Schlamm Erde + Wasser + Sand Nein ist nicht wichtig Organische Eierschale Nein ist nicht wichtig Stoffe Stoff Alte Socke Nein ist nicht wichtig Eisen Eisennägel Ja 1538K Zinn Haben wir nicht Nein 231,9K Aluminium Aluminium-Papier aus Nein 660,3K dem Haushalt Zink Haben wir nicht Nein 419,5K Kupfer Draht Nein 1085K Als wir mit der Tabelle fertig waren, überlegten wir uns, welche Materialien denn überhaupt wichtig waren. 2.3 In welcher Reihenfolge müssen die Maschinen aufgestellt werden? Nachdem wir aufgelistet hatten, welche Eigenschaften die Materialien besitzen, mussten wir uns überlegen, welche Maschinen wir benutzen können, um die Materialien zu sortieren. Beim Experimentieren mit Legosteinen, Plastik und Holz fiel uns auf, dass wir nicht alle Maschinen als Modell nachbauen konnten, da dies zu schwierig war. Deshalb sehen Sie hier zwei verschiedene Varianten. Die erste ist so, wie wir es gemacht haben, also wie wir es auch mit dem Modell darstellen konnten und die zweite ist so, wie es in der Realität besser ist. 1. Wir zerschnitten alle Müllsorten, welche in der Tabelle oben aufgeführt sind, auf die ungefähr gleiche Größe (1cm). 2. Wir taten alles auf eine lange Pfanne und fuhren dann mit dem Magnet darüber. So hatten wir schon mal das wertvolle Eisen aussortiert, da dieses ja vom Magneten angezogen wird. 3. Als drittes bauten wir uns eine Plastikrampe und eine leicht gummierte Rampe, welche wir beide leicht anfeuchteten. Wenn der angefeuchtete Müll auf die Rampe geschüttet wird, kann man sehen, dass das wertvolle Plastik auf der feuchten Rampe hängen bleibt, während viel anderer Müll herunter gespült wird. Bei leichtem Plastikmüll wirken hier bestimmte Anziehungskräfte. 4. In einem Wasserbecken konnten wir außerdem beobachten, dass schwere Körper wie Metalle schnell zu Boden sinken, eher wenig nützliches Holz oder manche Stoffe aber oben 7

8 schwimmen. So kann man alle die Metalle, die man nicht schon vorher mit einem Magneten aufspüren konnte, da ja nicht alle Metalle magnetisch sind, aussortieren. 5. Nun nahmen wir ein großes Nudelsieb und ließen alle Gegenstände die es bis auf den Boden des Wasserbeckens geschafft hatten durch das Nudelsieb rieseln. Somit hatten wir die großen Glas und Metallstücke aussortiert. Diese könnte man nun eigentlich noch weiterverarbeiten, indem man sie einschmilzt. 6. Jetzt kam ein feines Teesieb an die Reihe. Hierdurch sind nur die wirklich kleinen Teile gerieselt. Nun hatten wir auch den anderen Rest der Erde aussortiert. 7. Als letzte Station der Reise kommt der Ofen. Wir dachten uns, dass wir die Metalle und das Glas am besten voneinander trennen können, wenn wir diese auf eine unterschiedliche Temperatur erhitzen. Da wir einen so heißen Ofen aber nicht wirklich bauen konnten, haben wir uns nur überlegen können, wie es klappen müsste: Dazu hängt man über das heiße Feuer einen Kessel und macht in diesen viele winzige Löcher um das geschmolzene Metall oder Glas hindurchfließen zu lassen. Damit der geschmolzene Stoff nicht in das Feuer tropft, könnte man an die Löcher ein Rohr basteln und somit den Kessel mit einem anderen Kessel verbinden um da den geschmolzenen Stoff aufzufangen. Da jeder Stoff einen anderen Schmelzpunkt hat, kann man mit einer niedrigsten Temperatur anfangen und dann langsam beim Erhöhen der Temperatur die verschiedenen Stoffe auffangen. Hier ist die Reihenfolge der verschiedenen Temperaturen, bei welchen die Stoffe flüssig werden (Wikipedia, Schmelzpunkt, 2014): K Plastik ,9K Zinn ,5K Zink ,3K Aluminium K Kupfer K Glas Bei Wikipedia stehen die Temperaturen in der Temperatureinheit Kelvin, aber das kann man umrechnen: Wenn man +273 rechnet, erhält man die Temperatur in Grad Celsius. Auf diesem Wege schafft man es auch die letzten Materialien voneinander zu trennen. 8

9 Nun wollen wir die Reihenfolge der Maschinen skizzierte, wenn man sie in echt benutzt. a) der Häcksler b) der Greifarm mit dem Magneten c) Die wässrige Rampe d) das Sinkbecken e) der Ofen 1 9

10 2 3 4 Hier werden die Zahlen in den Pfeilen näher erklärt: Zahl 1: der Greifarm um den Magneten zu bewegen. Zahl 2: das Abgasrohr des Ofens Zahl 3: die kleinen Löcher im Kessel um das geschmolzene Metall/ Glas abzuleiten. Zahl 4: der zweite Behälter, wo sich das geschmolzen Metall/ Glas sammelt. (Dieser Behälter muss nach jedem Durchgang ausgewechselt werden) 10

11 3 Ergebnisse Wir haben es geschafft, viele verschiedene im Müll enthaltene Materialien nachzustellen und dann zu trennen und zu sortieren. Wir sind uns sicher, dass das auch in groß so funktionieren würde. Insofern haben wir ein wichtiges Ziel erreicht. Natürlich ist das Ganze ein bisschen kostspielig, denn wir wissen nicht, ob es solche Maschinen, wie wir sie entworfen haben, wirklich genau so existieren oder ob man sie erst bauen muss. Doch auch wenn man sie bauen sollte, ist die Summe die am Ende des Projektes herauskommt immer noch höher, als die die ausgegeben werden würde. Wir haben auch gesehen, dass es gar nicht leicht ist zu entscheiden, ob man den Müll z.b. erst zerkleinern sollte oder z.b. erst nass machen sollte, da jeder Schritt auch Nachteile hat. Wenn der Müll erst einmal nass ist, muss es vor dem Verbrennen nämlich natürlich wieder aufwendig und teuer getrocknet werden. Darum ist es gut, dass wir heute den wertvollen Müll schon vorher in die Wertstofftonne werfen, also in den gelben Sack. Da wir heute aber sehr viel wegschmeißen, ist es besser noch einmal genau im Müll nach wertvollen Stoffen zu suchen, als dass wir immer größere Müllberge bekommen und irgendwann außerdem gar keine Metalle und gar kein Öl aus der Erde holen können, da alles weg ist. 11

12 4 Quellen und Literaturverzeichnis NDR. (2013). Mülltrennung - Der Unsinn mit dem gelben Sack. Von abgerufen Nispel, P. D. (01. Juni 2011). Ressourcenpotential von ausgewählten Hausmülldeponien in Deutschland. Müll und Abfall - Erich Schmidt Verlag. OsnabrückerServiceBetrieb. (2013). Zentraldeponie Piesberg. Von abgerufen Umweltbundesamt. (2013). Verrottet Plastik gar nicht oder nur sehr langsam? Von abgerufen Wikipedia. (2013). Kunststoff. Von abgerufen Wikipedia. (2013). Müllverbrennung. Von abgerufen Wikipedia. (2014). Schmelzpunkt. Von Wikipedia: abgerufen 5 Unterstützungsleistung Jörg Nispel von der Universität Gießen, Beantwortung einer Anfrage zu der Zusammensetzung des Mülls in Mülldeponien und zu dessen Wert per 12