Byggbranschen är en av de mest resurskrävande sektorerna i den tyska ekonomin. Nationens byggnader utgör ett stort lager av råvaror, innehåller cirka 100 miljarder ton material som kan återvinnas och återföras till materialcykeln vid slutet av sin livslängd. Fyra Fraunhofer-institut har gått samman i BauCycle-projektet för att kickstarta återvinning av sand- och gruspartikelfraktioner som inte kan återvinnas idag för återanvändning i ytterligare byggprojekt. Forskargruppen kommer att presentera resultatet av sitt arbete på BAU-mässan 2019 i München från 14 till 19 januari. I montern på monter 528 i hall C2 kommer kolbetongblock gjorda av återvunnet spillror, akustiska byggmaterial, och komponenter gjorda av mineralgranulat.

Efter en dag på stranden, sand verkar knappast vara en bristvara. Utseendet bedrar, för denna värdefulla vara växer knappt i många länder, en anledning är den globala byggboomen. Det tar berg av betong, som mestadels består av sand och grus, att bygga hotell, köpcentrum och industriparker. Dubai, till exempel, var tvungen att importera australisk sand för att uppföra skyskrapan Burj Khalifa; dess egen ökensand var illa lämpad för detta ändamål. Till och med Tysklands avlagringar av grus och sand minskar, som en färsk rapport från Federal Institute for Geosciences and Natural Resources noterade.

Över hela världen, cirka 40 miljarder ton sand och grus förbrukas varje år. Under samma tidsperiod i Tyskland, rivna byggnader och infrastruktur lämnar efter sig omkring fem miljoner ton finkorniga byggstenar. Hittills, det har hamnat på soptippar eller använts vid vägbyggen; upcycling var oerhört. Detta fick Fraunhofer Institutes for Building Physics IBP, för materialflöde och logistik IML, för miljö, Säkerhet och energiteknik UMSICHT, och för Optronics, Systemteknik och bildanalys IOSB (se ruta) för att lansera ett projekt kallat BauCycle för att återvinna byggavfall. Deras mål är att omvandla denna blandning av mineraler till en hållbar resurs och demonstrera potentiella tillämpningar inom byggandet. Ett specifikt mål är att återvinna partiklar av mineraliskt byggavfall som är mindre än två millimeter i diameter. Att göra så, forskarna utvecklar innovativa sorteringsprocesser och högkvalitativa byggmaterial. Och för att täcka hela värdekedjan, de planerar också att skapa en dynamisk marknadsplattform där råvaror handlas som råvaror.

"Byggsand är inte överflödande; i Europa, till exempel, sand är en bristvara i Sverige och Frankrike. Den konventionella metoden för att behandla spillror är att krossa den. Komponenter på mindre än två millimeter siktas ut och hamnar på deponi. Om detta finkorniga byggstenar – som huvudsakligen består av kalksandsten, tegelstenar, betong och små mängder gips – skulle återvinnas, detta skulle kunna avhjälpa sandbristen på lång sikt, " säger Fraunhofer IBP-forskaren Dr. Volker Thome, projektledaren.

Opto-pneumatisk sortering för fina fraktioner

Det första steget är att sortera spillrornas heterogena innehåll. Gipspartiklar måste separeras selektivt – de är avgörande för betongfraktionens återvinningsbarhet. Forskarna utvecklade en opto-pneumatisk detektor som gör det möjligt att separera fina fraktioner på basis av färgen, ljusstyrka och kemisk sammansättning av partiklarna; den är till och med kapabel att skilja sulfater från silikater. "Avfallskomponenterna placeras på ett transportband som transporterar dem förbi en infraröd kamera utrustad med specialfilter för att upptäcka de olika fina fraktionerna. Partiklarna faller av änden av bandet vid fritt fall, förbi munstycken som skjuter in huvudkomponenterna i olika behållare med riktade tryckluftstötar, säger Thome, som beskriver denna optiska beräkningsteknik. Dr. Thome och hans team har lyckats särskilja en millimeterspartiklar. Denna teknik kan uppnå en genomströmning på 1,5 ton per timme.

Tillverkning av lättbetong av byggsten

I bästa fall, fyra rena ballast kan återvinnas och återanvändas för att producera lättbetong, ett lätt byggmaterial med goda värmeisoleringsegenskaper. Den är lämplig för att bygga tvåvåningshus och som inomhusisolering. Tester har visat att tillslag av betong och kalksandsten också är återvinningsbara och kan fungera som en sekundär råvara för att tillverka konkurrenskraftiga kvaliteter av lättbetong. Bäst resultat uppnådde forskarna med en blandning av 80 procent kalksandsten och 20 procent återvunnen betong. Ett annat projektresultat var att en kombination av tegel och återvunnen betong kan användas för att göra geopolymerer, ett cementfritt byggmaterial som är starkt och syrabeständigt, ungefär som betong. Geopolymerer har den extra fördelen av ett mycket lågt koldioxidavtryck.

Forskarna tillverkade olika komponenter för att påvisa återvinningspotentialen hos byggavfall. Dessa kommer att ha en framträdande plats i Fraunhofers monter (monter 538 i hall C2) på BAU-mässan i München från 14 till 19 januari. Ett team av experter kommer att visa prover på olika lättbetongblandningar, fasadbeklädnad av geopolymerer, och en prototyp av en ljudabsorberande, panel med öppna porer gjord av granulat. "I tester, vår akustiska komponent tillverkad av sekundära råmaterial uppvisade samma ljudabsorberande egenskaper som produkter som finns på marknaden, säger Thome.

Varubyte på ritbordet

Planer pågår för att etablera en råvarubörs där råvaruförsäljare och återvinningsföretag kan erbjuda sina produkter. Byggmaterialtillverkare kommer att kunna köpa källmaterial på denna plattform. "Recycled products have yet to be sold on established markets. There is a lack of confidence in and knowledge of these secondary raw materials. We want to close this gap with a commodities exchange, " says the project manager by way of explanation.

This recycling concept for fine-grained construction materials is also applicable to other industries that work with similar fine fractions. Many mechanical processing plants such as glass-recycling and mining-industry facilities produce this type of waste.