O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 474H u i d i g e v e r w e r k i n g v a nB o u w - e n S l o o p a f v a lIn Nederland komen jaarlijksgrote hoeveelheden bouw- ensloopafval (BSA) vrij. In 2000bedroeg de totale hoeveelheidmaar liefst 15 miljoen ton; dezehoeveelheid zal in de komendejaren nog fors toenemen tot naarverwachting 20 miljoen ton in2005. Bij de verwerking van al ditbouw- en sloopafval komen di-verse producten en afvalstoffenvrij. Het bouw- en sloopafvalwordtvoornamelijkaangevoerdintwee deelstromen (zie figuur 1):eensteenachtigestroom(gemengdsteenachtig puin), en een stroomgemengd bouw- en sloopafval.Het gemengde bouw- en sloopaf-val wordt in sorteerinstallaties ge-scheiden in een aantal fracties,zoals metalen, hout, kunststoffen,gips, sorteerzeefzand en eensteenachtige fractie. Deze steen-achtige fractie wordt samen metde stroom gemengd steenachtigpuin in breekinstallaties ver-werkt. De samengevoegde steen-achtige fracties worden gebrokentot puingranulaten; dit zijn infeite mengsels van beton- en met-selwerkgranulaat (menggranula-ten). Deze menggranulaten wor-den grotendeels toegepast alsfunderingsmateriaal in de we-genbouw. In principe kunnen hetbeton en metselwerk uit hetbouw- en sloopafval wel apartworden aangevoerd en verwerkt,maar in de praktijk worden vooralmenggranulaten geproduceerd,voornamelijk om te kunnen vol-doen aan de kwaliteitseisen voorfunderingsmaterialen(metanderewoorden: metselwerkgranulaatalleen heeft onvoldoende kwali-teit voor deze toepassing). Eenklein deel van het betongranulaatwordt wel apart aangevoerd en ge-broken, en toegepast als toeslag-materiaal voor de productie vannieuw beton. Ook wordt een deelvan het menggranulaat en van defijne fracties (waaronder een deelvan het sorteerzeefzand) gewas-sen. Hierdoor verbetert de kwali-teit aanzienlijk van deze fracties,en kunnen ze worden toegepastin de betonproductie.Naast de nuttig toepasbare pro-ducten komen ook een aantal ma-terialen vrij die moeten wordengestort, te weten wasslib, sorteer-zeefzand (gedeeltelijk) en eendeel van de brandbare fractie.N a d e l e n v a n d e h u i d i g ev e r w e r k i n g s m e t h o d eMet de huidige verwerkingsme-thoden wordt meer dan 80% m/mvan al het vrijkomende bouw- ensloopafval verwerkt tot menggra-nulaten, welke worden toegepastals funderingsmateriaal in de we-genbouw. Hoewel dit natuurlijkeen goede vorm van hergebruikis, is deze manier van verwerkenniet de meest duurzame oplos-sing vanuit het oogpunt van ke-tenbeheer. In het ideale geval zououd beton in dezelfde functiemoeten worden hergebruikt, dusals nieuw beton. Hetzelfde geldtvoormetselwerk,waaruitbijvoor-keur nieuwe bakstenen zoudenmoeten worden vervaardigd.In de huidige situatie zou het be-tongranulaat op zich voor eenaanzienlijk deel kunnen wordeningezet voor de productie vannieuw beton. Een knelpuntdaarbij is echter, dat het dan res-Naar gesloten materiaalkringlopen voor beton en metselwerkKringbouwJ.P. Brouwer en E. Mulder, TNO-MEP, Afdeling ProcestechnologieKringbouw is een nieuw proces voor de integrale verwerking van bouw- ensloopafval. Het proces beoogt een zo volledig mogelijke kringloopsluiting terealiseren van bouwmaterialen. Oud beton wordt in dit proces ontleed ingrind, zand en een cementsteenfractie. Alle drie de fracties kunnen volledigworden ingezet voor de productie van nieuw beton. Naast beton verwerkt hetproces ook metselwerkpuin, waaruit nieuwe bakstenen kunnen worden ver-vaardigd. Het proces is in een haalbaarheidsstudie nader uitgewerkt.GemengdSteenachtigPuinSorteer-installatieHergebruikStortenSorteer-zeefzandGemengdBSAWas-installatieHoutMetalenGipsSecundairebrandstofBrandbarefractieResiduHergebruikSecundairegrondstofSecundairegrondstofBreker-installatieMenggranulaat Betongranulaat &BrekerzandGranulaat &ZandStortresiduIJzerSlibPuin1 | Huidige verwerkingbouw- en sloopafvalO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 4 75terende metselwerkgranulaat on-voldoende kwaliteit heeft om nogals granulaat in de wegenbouw tekunnen worden toegepast. Hier-uit wordt duidelijk dat om de ma-teriaalkringlopen van bouwstof-fentekunnensluiteneenintegraleverwerking van bouw- en sloopaf-val gewenst is. Anders gezegd:men kan niet alleen de keten vanbeton sluiten zonder aandacht tebesteden aan de keten van met-selwerk.Daarnaast laten marktanalyseszien dat de vraag naar menggra-nulaten, na een aanvankelijkegroei tot het jaar 2005, in de toe-komst zal gaan afnemen, terwijlhetaanbodzalblijvengroeien.Ditbetekent dat het gewenst is hetproductenpakket uit bouw- ensloopafval in de toekomst te di-versificeren; hiervoor is een we-zenlijk andere manier van ver-werken nodig. Tevens is het eenalgemene trend, dat de winningvan primaire grondstoffen in Ne-derland (grind, mergel, zand) inde toekomst verder beperkt zalworden, en waarschijnlijk ontoe-reikend zal zijn om de behoeftevoor de productie van beton tedekken. Er zal daarom een groei-ende behoefte ontstaan aan se-cundaire grondstoffen voor hoog-waardige toepassingen.V e r w e r k i n g v a n B o u w - e nS l o o p a f v a l m e t K r i n g b o u wVanwege de wens om een verder-gaande materiaalketensluiting terealiseren en om ook in de toe-komst aan de marktvragen tekunnen voldoen, heeft TNO,tezamenmetzevenbedrijven1)hetzg. Kringbouw proces in conceptuitgewerkt voor de integrale ver-werking van bouw- en sloopafval(figuur 2). In dit proces wordt desteenachtige fractie uit BSA viaeen aantal bewerkingen geschei-den in de oorspronkelijke grond-stoffen, die weer opnieuw kun-nen worden ingezet (baksteen,baksteengranulaat, grind, zanden cementsteen). Hiermee kun-nen de materiaalkringlopen vanbeton en metselwerk worden ge-sloten, vandaar de naam `Kring-bouw'. Het proces biedt tevenseen oplossing voor de organischefractie uit bouw- en sloopafval,welke nu nog vaak wordt gestort.In het Kringbouw proces wordenvier ingaande stromen onder-scheiden, te weten schoon beton-puin, schoon metselwerkpuin,gemengd steenachtig puin engemengd BSA. Essentieel in hetKringbouw proces is dat beton-puin en metselwerkpuin zoveelmogelijk als aparte en relatiefschone stromen in het procesworden ingevoerd en verwerkt.Beide stromen kunnen in de sa-menstellende componenten wor-den ontleed: metselwerk kanmiddels een thermisch procesworden gescheiden in een mor-telfractie en een baksteenfractie,waarbij het tot de mogelijkhedenbehoort om de bakstenen intactterug te winnen of als granulaat.Het zuivere baksteengranulaatkanopzijnbeurtwordengebruiktvoordeproductievannieuwebak-stenen, door mengen met klei.De mortelfractie wordt samenmet het betonpuin verwerkt. Hetbetonpuin kan, eveneens via eenthermisch proces, worden ont-leed in de samenstellende com-ponenten grind, zand en cement-steen.Decementsteenwordtdoorde thermische behandeling deelsgedehydrateerd, en heeft enigebindende eigenschappen; het zouals toevoeging aan cement kun-nen worden toegepast.Het is niet realistisch om te ver-onderstellen dat al het beton enmetselwerk separaat aangeleverdzal kunnen worden. In de praktijkzulleneraltijdmengstromenover-blijven. Voor deze mengstromenworden in het Kringbouw proceseen gedeeltelijk aangepaste ver-werkingsroute toegepast ten op-zichte van de huidige verwerking.De stroom gemengd bouw- ensloopafval wordt wel grotendeelsbehandeld zoals ook op ditmoment gebeurt. Voornaamsteverschilisdatdebrandbarefractie(hout e.d.) wordt opgewerkt totbrandstof, welke toegepast kanworden in de thermische proces-sen voor ontleding van beton enmetselwerk. Ori?nterende bere-keningen hebben laten zien dathiermeedewarmtevraagvandezeprocessen gedekt zou kunnenworden.Deopwerkingsinstallatiemaakt onder andere gebruik vangeavanceerde automatische sen-sorscheiding, waarmee de inverband met emissies vanuit hetverbrandingsproces schadelijkecomponenten kunnen wordenverwijderd.De steenachtige fractie wordt op-gewerkt tot een aantal grondstof-fen voor de productie van beton-(waren). Deze stroom wordt bijvoorkeur zoveel mogelijk droogopgewerkt. Als alternatief voor denatte processen (wassen) uit dehuidige verwerking wordt hiertoevoor een deel van de stroomgebruik gemaakt van door TNOontwikkelde en gepatenteerdevrije val separatoren, de zoge-naamde ASTER. Hiermee kun-nen de harde, steenachtige frac-1)BRC, Boskalis Dolman, ENCI, Van Gansewinkel, Mebin, Rook Beheer en Terca BaksteenVrijgekomen bouw- ensloopafval verwerken totmenggranulatenO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 476ties worden gescheiden van rela-tief zachte steenachtige materia-len (zoals gipsdeeltjes) en vanniet-steenachtige materialen (zoalskunststoffen). Desalniettemin zaleen deel van de fijne fractie echternogsteedsnatmoetenwordenbe-handeld door wassen.P r o d u c t e n u i t K r i n g b o u wUit bovenstaande blijkt dat methet Kringbouwproces een aantaltussenproducten geproduceerdworden. Deze tussenproductenkunnen grotendeels rechtstreeksworden gebruikt voor de produc-tie van nieuwe bouwstoffen inconventionele processen. Uitmassabalans berekeningen die inhet kader van een haalbaarheids-studie (zie onder) zijn uitgevoerd,volgen de volgende percentagesvan de totale ingaande stroombouw- en sloopafval:? hele bakstenen (6%) en bak-steengranulaat (6%), alsgrondstof voor nieuwe metsel-bakstenen;? `primair' zand en grind, evenalssecundair zand en granulaat,allemaal te gebruiken als grond-stoffen voor de productie vanbeton(waren), in totaal 69%;? cementsteen voor de productievan nieuw cement (5%);? een brandbare fractie, die kanworden opgewerkt tot eenbrandstof, ten behoeve van`interne benutting' in de ther-mische processen (8%);? een kleine hoeveelheid speci-fieke materialen (metalen,gips, kunststoffen) voor her-gebruik (1%);Tenslotte ontstaat nog steeds een(beperkte) hoeveelheid afvalstof-fen die gestort zal moeten worden(5%). Wellicht kan dit door opti-malisatie nog verder worden te-ruggebracht tot 3%.H a a l b a a r h e i d s o n d e r z o e kK r i n g b o u wAls eerste stap in de ontwikkelingvan het proces is een haalbaar-heidsonderzoek uitgevoerd. Van-wege de brede maatschappelijkeimpact van een eventuele imple-mentatie van Kringbouw in Ne-derland, is dit haalbaarheidson-derzoek mede gefinancierd doorde Rijksoverheid2). De belangrijk-ste doelstellingen van de betrok-ken bedrijven en overheden metbetrekking tot Kringbouw zijn:? zekerstelling van de grondstof-voorziening op de langeretermijn;? duurzaam ondernemerschapen invulling van de producen-tenverantwoordelijkheid;? verbetering van de financi?leen concurrentiepositie;? vermindering van de hoeveel-heid te storten afval;? hoogwaardig hergebruik, endaardoor vermindering van dewinning van primaire grond-stoffen (grind, zand, klei enmergel).In het haalbaarheidsonderzoek isde verwerking van BSA volgenshet Kringbouw proces vergelekenmet de manier waarop BSA mo-menteel wordt verwerkt. Hierbijis als ijkpunt gekozen voor de toe-komstige situatie in 2005, omdatKringbouw op z'n vroegst in datjaar ge?mplementeerd zou kun-nen worden.Uit de haalbaarheidsstudie is ge-concludeerd dat de voor Kring-bouw benodigde technologie inprincipe beschikbaar of in ont-wikkeling is, maar veelal nog niet`engineering-rijp' is. De technie-ken voor verwerking van schoonbetonpuin en gemengd steenach-tig puin hebben zich al groten-deels op pilot schaal bewezen.Voor de verwerking van schoonmetselwerkpuin en gemengdbouw- en sloopafval bevinden detechniekenzichnogineenminderver gevorderd ontwikkelingsstadi-um.Eenknelpuntvormthethand-matig sorteren van de grove fractiegemengd BSA.Uit laboratorium onderzoek is ge-bleken dat de kwaliteit van dediverse grondstoffen en produc-tenuithetKringbouwprocesgoedis. De materialen, die wordengeproduceerd in de thermischeGrindZandCementsteenBrekerinstallatieSorteerinstallatieOpwerkings-installatieBrandbarefractieHergebruikHergebruikAfvalstoffenGips &MetalenThermischeverwerkingBreken ensorterenSecundairegrondstoffenSecundairegrondstoffenHergebruikScheidenWas-installatieBreken enASTERSchoonmetselwerkGemengdsteenachtigpui nSchoonbetonpuinGemengdBSASecundairegrondstoffenAfvalstoffenOverigWaterThermischeverwerkingIJzerMenggranIJzerRetrostenenZandZandZst *RestNst *SlibAfvalrestCementsteenZandBaksteengranNst *Sec.brandstoffenSteenachtigpuin2)Ministeries van Verkeer en Waterstaat, Economische Zaken en Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieu2 | Verwerking bouw- ensloopafval metKringbouw*Zst=Zacht steenachtige fractieNst=Niet-steenachtige fractieO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eMater ialencement 2002 4 77processen voor schoon beton- enmetselwerkpuin hebben zekervoldoende kwaliteit. Voor deandere stromen (uit gemengdsteenachtig puin en gemengdBSA) bestaan er nog onzekerhe-den, omdat deze nog niet zijn be-proefd in de vorm, zoals ze inKringbouw zullen vrijkomen.MarkttechnischbezienlijktKring-bouw haalbaar, indien wordt uit-gegaan van een gedeeltelijke ver-werking van het in Nederlandvrijkomende bouw- en sloopafval.De hoeveelheid te verwerkenbouw- en sloopafval zal de ko-mende 5 tot 10 jaren nog fors toe-nemen, terwijl de vraag naar weg-funderingsmateriaal over onge-veer 5 jaar zal afnemen. Dit biedtzeker kansen voor Kringbouw.Daarnaast betekent het huidigeoverheidsbeleid (o.a. Bouwstof-fenbesluit, Wbm en beperkte uit-gifte van nieuwe concessies voorde winning van oppervlakte-delfstoffen) een stimulans voorhet sluiten van materiaalkringlo-pen. Echter, met name t.a.v. dewinning van hele bakstenen uitmetselwerkpuin bestaat onzeker-heid over de grootte van de afzet-markt.Deafzetbaarheidvanmeng-granulaat en secundair zand t.b.v.de productie van beton(waren)hangt af van de kwaliteit, waar-over nog onzekerheid bestaat.In economisch opzicht lijkt Kring-bouw haalbaar te zijn. Het Kring-bouwproces is namelijk min ofmeer kostenneutraal t.o.v. dehuidige verwerking. De proces-kosten zijn over de hele linie rela-tiefweliswaarhoog,maarditwordtgecompenseerd door hogere op-brengsten en minder stortkosten.Milieutechnisch bezien is Kring-bouw zonder meer beter dan dehuidige manier van werken. In deuitgevoerde vergelijkende LCAscoort Kringbouw op alle vier on-derzochte thema's beter dan dehuidige verwerking (energie?35%, CO2?5%, afval ?30% enlandgebruik ?80%). De grootstemilieuwinst wordt geboekt bij deverwerking van schoon beton-puin en bij de opwerking en be-nutting van de brandbare fractieuit gemengd BSA.C o n c l u s i e sHet Kringbouw proces is eennieuwprocesvoorverwerkingvanbouw- en sloopafval, waarbij deketens voor bouwstoffen zoveelmogelijkwordengesloten.Uithetuitgevoerde haalbaarheidsonder-zoek naar dit nieuwe proces is ge-concludeerd dat het Kringbouw-proces waarschijnlijk haalbaar is,maar dat op een aantal frontennog niet alle onzekerheden zijnweggenomen. Er zijn echter welmogelijkheden om deze onzeker-heden weg te nemen. In de vol-gende fase van het onderzoek zaldaarom met name aandachtworden besteed aan de volgendeaspecten:? het verder ontwikkelen en oppilotschaal beproeven vanenkele unit-operations. Metname de scheiding van helebakstenen en mortel- en steen-brokken na de thermische be-handeling, de voor menggra-nulaat aangepaste Aster, desensorgestuurde afscheidingvan verontreinigingen uitgemengd BSA, de opwerkingvan de brandbare fractie tot se-cundaire brandstof. Hiermeewordt een groot deel van deonzekerheden weggenomen;? het feit dat zeefzand moetworden gewassen en dat hetwasslib moet worden gestortwerkt negatief op de haalbaar-heid. Nu is uit het onderzoeknaar voren gekomen dat dezenegatieve bijdragen aan dehaalbaarheid zouden wordenweggenomen, indien kanworden aangetoond dat hetwasslib (of zelfs de hele zeef-zandstroom) middels een ther-misch proces kan wordenomgezet. De gedachte is datde minerale fractie, die daarbijontstaat, geschikt is om teworden toegepast als vulstof(en/of zandfractie) bij de pro-ductie van zelfverdichtendbeton, een betonsoort die meeren meer wordt toegepast;? een groot deel van de nog be-staande onzekerheden t.a.v. deverwerking van schoon met-selwerkpuin hebben betrek-king op de vermarktbaarheidvan de terug te winnen helebakstenen. Uit experimenteelonderzoek kan worden nage-gaan in hoeverre nog steedsop esthetische eigenschappen(kleur, morfologie, etc) kanworden gestuurd, indien eenaanzienlijk deel van de kleiwordt vervangen door bak-steen- (of metselwerk)granu-laat;? na uitvoering van bovenstaandtechnisch ontwikkelingsonder-zoek kan een veel nauwkeuri-ger inschatting wordengegeven van de markttechni-sche, economische en milieu-technische haalbaarheid vanKringbouw. Daarmee wordtvoldoende kennis en informa-tie bijeengebracht om een ge-fundeerde beslissing tekunnen nemen over het al danniet investeren in de bouw vaneen Kringbouwinstallatie;? de uitvoering van een scena-rio-optimalisatie en eenlocatie-studie kunnen uitsluit-sel geven over de meest wen-selijke omvang van de deelpro-cessen en over de vraag wat devoordelen zijn van het zoveelmogelijk centraliseren van deactiviteiten op ??n locatie. Menggranulaten alseindproduct