Workshop „Intermittierende Mikrowellentrocknung für die Ziegelindustrie“
Am 18. Oktober 2022 fand in der Materialforschungs- und -prüfanstalt an der Bauhaus-Universität in Weimar (MFPA) der Workshop „Intermittierende Mikrowellentrocknung für die Ziegelindustrie“ statt. Ziel der Veranstalter war es, über das gleichnamige Forschungsprojekt mit Laufzeit vom 01.01.2020 bis zum 31.12.2022, die Ergebnisse und nächste Schritte zu informieren. Partner waren das Institut für Verfahrenstechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (IVOvG) und das Institut für Ziegelforschung Essen e. V. (IZF). Rund 30 Teilnehmer, neben den Wissenschaftlern vor allem Fachleute aus Ziegelunternehmen sowie Zuliefererbetrieben, versammelten sich vor Ort oder waren online zugeschaltet.
Warum intermittierende Mikrowellentrocknung?
Einleitend stellte Dr. Anne Tretau (MFPA) das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte AiF-Projekt vor. Ausgangspunkt war, dass die Ziegelindustrie Wege finden muss, bis 2045 die für die Trocknung und den Brand notwendige Prozesswärme unabhängig von fossilen Brennstoffen zu erzeugen.
Das Projekt setzt an diesem Problem mit zwei Voraussetzungen an: Elektrifizierung unter Nutzung erneuerbarer Energien stellt eine effiziente bzw. die effizienteste Option für CO2-neutrale Prozesswärme dar. Trockner und Ofen sollten getrennt voneinander optimiert werden.
Ziel des Projekts war, die dielektrische Erwärmung durch Mikrowellen für die Ziegeltrocknung zu erforschen und zu verstehen. Eine wesentliche Herausforderung bestand darin, dass Tonziegel kleine Poren und große Materialstärken im Vergleich zu anderen Produkten mit Mikrowellentrocknung aufweisen.
Der intermittierende Ansatz entstand aus vorhergehenden Versuchen am IZF. Feuchte Tonmassen neigen aufgrund schlechter Stofftransportkinetik bei hohen Verdampfungsgeschwindigkeiten zu Rissen und Brüchen. Als Lösung wurde intermittierende Mikrowellentrocknung, also eine Kombination aus Mikrowelle und Konvektion, vorgeschlagen.
Relevante Materialeigenschaften
Einen Überblick über die Materialeigenschaften, die für die Untersuchung der intermittierenden Mikrowellentrocknung relevant sind, gab Dr. Tretau im daran anschließenden Vortrag. Entsprechende Daten, experimentell an vier Testmassen (Hochlochziegel, Vormauerziegel, Pflasterziegel, Dachziegel) mit unterschiedlichem Anfangswassergehalt und Trockenrohdichte ermittelt, wurden vorgestellt und verglichen.
Permittivität und Wellenausbreitung
Frank Bonitz (MFPA) erläuterte im dritten Vortrag, welche Größen die Bestimmung der Permittivität beeinflussen. Die Kenntnis der Permittivität oder Dielektrizität ist essenziell, um die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Material, die Feldverteilung und die absorbierte Energie zu bestimmen. Dies wiederum bildet die wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung oder Optimierung von Trocknungs- und Brennprozessen auf Mikrowellenbasis.
Experimentelle Mikrowellentrocknung von Rohlingen
Im vierten Vortrag stellte Ralf Wagner (MFPA) Versuche zur experimentellen Mikrowellentrocknung von Rohlingen verschiedener Produktgruppen sowie die Ergebnisse vor. Die Versuche wurden in einem Mikrowellentunnel, im Labor sowie in der Versuchsanlage Magdeburg durchgeführt. Unter anderem zeigte sich, dass der Eintrag der Mikrowellenleistung an das Material angepasst werden kann und Proben mit einer höheren Festigkeit (trocknere Proben) einen höheren Leistungseintrag vertragen.
Technische Machbarkeit und Energieeffizienz von Mikrowellentrocknung
Über die technische Machbarkeit und Energieeffizienz intermittierender Mikrowellentrocknung informierte Dr.-Ing. Nicole Vorhauer-Huget (IVOvG) in ihrem Vortrag. Sie berichtete über die Versuche in der Versuchsanlage in Magdeburg und stellte die Ergebnisse vor. Unter anderem zeigte sich, dass ein intermittierender Energieeintrag gleichmäßige Temperaturprofile erzeugt und den Gesamtenergieverbrauch reduziert. Die Energieeffizienz der Mikrowellenerwärmung lag zwischen 62 und 80 Prozent. Weitere Effizienzsteigerungen stehen in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften, der Wasserbeladung, der Temperatur und Geometrie.
Experimentelle Untersuchungen von Hochlochziegeln und Riemchen
Im letzten Vortrag des Workshops berichtete Lucas Briest (IVOvG) von experimentellen Untersuchungen an Hochlochziegeln und Riemchen mit verschiedenen Verfahrensmodifikationen. Dabei zeigte sich unter anderem, dass schnelle Mikrowellentrocknung von multiplen Parametern abhängig ist und Hochlochziegel sich durch experimentelle Optimierung in vier Stunden trocknen lassen.
Interesse an Mikrowellentrocknung besteht
Zum Ende des Workshops entspann sich eine lebhafte und offene Diskussion, in deren Verlauf deutlich wurde, dass seitens der Ziegelhersteller Interesse an der weiteren Erforschung sowohl der Ziegeltrocknung als auch des -brands mit Mikrowellen besteht. Dabei wurden auch offene Fragen bzw. Probleme herausgearbeitet, die in den folgenden Projekten bearbeitet werden müssen. Die Veranstalter bewerten den Workshop und vor allem die anschließende Diskussion als sehr positiv.
