28 Januar 2021

Projekt „LeatherProBio“: Neue Nutzungswege für chromgegerbte Gerberei-und Lederabfälle

Polnisches Projekt will chromgegerbte Lederabfälle recyceln und das Chrom zurückgewinnen

Für die Gerberei-und Lederindustrie stellt die Abfallentsorgung eine zunehmende Herausforderung dar. Allein in den wichtigsten europäischen Ländern fallen jährlich rund 200 Mio t. feste und flüssige Abfälle an. Insbesondere bei den chrombelasteten Abfallströmen sind die Entsorgungskosten in den letzten Jahren drastisch gestiegen, mit entsprechenden Belastungen für die mittelständisch geprägte Industrie. Die Etablierung neuer Recyclingverfahren und die stofflich/energetische Nutzung organischer Reststoffe sind daher von zentraler Bedeutung für die Branche.

Regionaler Hintergrund und Zielsetzung des Projektes

Die polnische Schuh-und Lederindustrie ist geprägt durch eine große Anzahl von kleinen undmittleren Unternehmen. Insgesamt beliefern allein in Polenca. 300 Gerbereien bis zu 5.000 Betriebe, die aus den unterschiedlichsten Industriebereichen, von der Automobil-, Schuh- und Modeindustrie bis hin zum Möbelbau, stammen.

Diese Gerbereien produzieren jährlich ca. 17.000 t an gegerbtem Leder, wobei durchschnittlich aus 1.000 kg verarbeiteter Rohhaut ca.200 kg gegerbtes Leder gewonnen werden können. Dabei entstehen jedoch ca. 350 kg nichtgegerbte und 250 kg gegerbte Feststoffabfälle sowie 200 kg Reststoffe, die in bis zu 45 m³ Abwasser gelöst sind. Hinzu kommen die eingesetzten Gerbstoffe sowie Salze, deren Anteil bis zu 300 kg pro verarbeitete Tonne Rohhaut betragen können.

Ein Großteil der polnischen Gerbereiindustrie konzentriert sich auf 2 Regionen, Mazowsze im Großraum Radomund Małopolska, speziell um die Stadt Nowy Targ.

Entsprechend hoch sind die Belastungen in der dortigen Abwasser- und Entsorgungswirtschaft, einhergehend mit immer stärkerer finanzieller Belastung der überwiegend mittelständigen Unternehmen und zum Teil erheblichen Umwelteinflüssen.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuen Verfahrens für das Recyceln von chromgegerbten Lederresten. Im Fokus stehen die Rückgewinnung des enthaltenen Chroms für die Gerbung und die Nutzung des energetischen Potenzials der Biomasse zur Senkung der Energiekosten.

In Deutschland kommt der biotechnologischen Verwertung von Abfallströmen und Reststoffen eine stetig wachsende Bedeutung zu. Bereits im Jahr 2017 befanden sich über 1.200 Anlagen zur biotechnologischen Abfallverwertung in Betrieb, welche neben Biogas zum Großteilauch Gärreste produzieren, die in der Landwirtschaft als Dünger wieder zum Einsatz kommen.

Zahlreiche, insbesondere mittelständische Unternehmen und Ingenieurbüros, beschäftigen sich mit der Entwicklung von Technologien zur Behandlung solcher Abfallströme sowie kommunaler und industrieller Abwässer und haben Deutschland zu einem der führenden Länder auf dem Gebiet der Abwassertechnologien gemacht. Aufgrund der hohen Lederproduktionsmengen in der EU, ergeben sich hier neue, potenzielle Geschäftsfelder für diese KMU, falls es möglich ist, ein entsprechend wirtschaftliches Verfahren zu entwickeln und zu etablieren.

Verfahrensentwicklung zur Chromextraktion und Wiederverwertung

Um eine Abtrennung des Chromanteils insbesondere aus den Feststoffen zu ermöglichen, wird ein Verfahren benötigt, das unabhängig vom strukturellen Aufbau der Abfallstoffe arbeitet, da diese in Gemischtfraktionen als Zuschnitte, Stäube oder Fasern vorliegen. In ersten Vorversuchen hat sich die vom PFI entwickelte und patentierte Thermodruckhydrolyse, welche ursprünglich zum Aufschluss lignifizierter Biomassen entwickelt wurde, als sehr vielversprechend erwiesen. Durch Anpassung der Verfahrensparameter und Katalysatoren konnten erste gemischte Festfraktionen aus Gerbereien erfolgreich im Praxismaßstab thermochemisch behandelt und das Chrom in derflüssigen Phase isoliert werden.

Die gewonnenen Hydrolysate wurden zur Weiterverwertung ans ITEE nach Radom gesendet. Aktuell laufen dort die Versuchezur Extraktion des Chroms aus der flüssigen Phase, u.a. mittels eines selektiven Membranverfahrens.

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Abb. 1: Anlage zur Thermodruckhydrolyse im Technikumsmaßstab und verschiedene Abfallfraktionen, die von Gerbereien zur Verfügung gestellt wurden

Parallel laufen Untersuchungen zum Einsatz von Ultrafiltrationsverfahren bei den mit Chrom versetzten Flüssigabfallfraktionen zusammen mit den Flüssigfraktionen aus den Aufschlüssen,um die darin enthaltene Biomasse abzutrennen und so den Organikanteil im Outputstrom weitgehend zu reduzieren.

Ziel ist die weitgehend vollständige Extraktion des enthaltenen Chroms sowie die Wiederverwendung als Gerbchemikalie im Kreislauf, sowie die Minimierung des Energieeinsatzes für einen effizienten Aufschluss von Lederresten.

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Abb. 2: Aufschlussversuche im 1l Reaktor von chromgegerbten Lederzuschnittresten

Biotechnologische Verwertung der enthaltenen Organik

Der aus der thermochemischenLederbehandlung gewonnene chromfreie Feststoff wird an-schließend als Einsatzstoff für dieBiogasproduktion sowie als Stickstoff-und Proteinquelle für biotechnologische Anwendungen genutzt. Das enthaltene Biogaspotential soll im Idealfall, zusammen mit den chromfreien organischen Restfraktionen, den Energieeinsatz zum Aufschluss und zur Chromextraktion decken.

Begleitet werden alle Versuche innerhalb beider Institute von einer umfangreichen Analytik, um enthaltene und ggf. neu entstehende Stoffe charakterisieren und quantifizieren zu können. Weiterhin ist eine umfangreiche Gärrestanalytik geplant, welche die Möglichkeiten eines nachfolgenden Einsatzes des entstehenden Gärrestes als Düngemittel prüft und bewertet.

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Abb. 3: Statischer Gärtest im Technikum des PFI zur Bestimmung des spezifischen Biogaspotentials

 

Konsortium

Das Projektkonsortium besteht neben dem PFI aus dem ITEE (Sieć Badawcza Łukasiewicz Instytut Technologii Eksploatacji) in Radom, in welchem die Forschungsarbeiten zur Chromextraktion und die Auswertungder Gerbversuche durchgeführt werden sowie aus dem OIBS, der Kammer der polnischen Gerberei- und Lederindustrie. Diese repräsentiert die ortsansässigen KMU, stellt die Stoffstrombilanzen auf und führt die Umfragen in den Unternehmen durch.

 

Kontakt

Bildschirmfoto 2021-01-25 um 14.10.53Dipl.-Ing. (FH) Christian Schadewell
Stellv. Abteilungsleiter Forschungsanlagen
Tel: +49(0)6331 24 90 843
E-Mail: christian.schadewell@pfi-biotechnology.de

 

www.leatherprobio.eu

Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen der AiF-Forschungsallianz Energiewende unter dem Förderkennzeichen 246EN gefördert. Projektlaufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2021. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

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Source: PFI Newsletter, 2020-12.

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