Keine Blaupause, keine Standards, keine Kompromisse bei Safety

Kunststoffabfälle, die heute überwiegend thermisch in Müllverbrennungsanlagen verwertet werden, wieder als erdölähnlichen Rohstoff für nutzbar zu machen und damit fossile Ressourcen einzusparen – dieses Ziel verfolgt die Arcus Greencycling Technologies mit einem neuartigen chemischen Recyclingverfahren. Dabei werden gemischte und kontaminierte Kunststoffabfälle unter Sauerstoffausschluss thermochemisch in hochwertiges Pyrolyseöl umgewandelt. Dieses dient als Ausgangsstoff für die Herstellung neuer Kunststoffe und ermöglicht so die Rückführung bislang nicht werkstofflich verwertbarer Abfälle in den Rohstoffkreislauf.

Im Gegensatz zu anderen Pyrolyseanlagen arbeitet das Verfahren kontinuierlich statt diskontinuierlich im Batchbetrieb und schafft damit die Voraussetzung für eine wirtschaftliche industrielle Skalierung. Um das Verfahren erstmals unter realen industriellen Bedingungen zu validieren, errichtete das Unternehmen im Industriepark Höchst eine industrielle Demonstrationsanlage. Sie dient nicht nur dem Nachweis der technischen Machbarkeit, sondern liefert zugleich die Erkenntnisse für die Entwicklung künftiger Produktionsanlagen. 

Der kontinuierliche Anlagenbetrieb bietet gegenüber Batchprozessen mehrere Vorteile. Da Materialaufgabe und Produktabzug permanent erfolgen, entfallen beispielsweise Stillstandszeiten für das Befüllen, Aufheizen, Entleeren, Reinigen und erneute Anfahren einzelner Chargen. Gleichzeitig lassen sich Prozessbedingungen konstanter halten und die Produktqualitäten besser reproduzieren. Dies bildet die Grundlage für einen wirtschaftlichen Betrieb im industriellen Maßstab. Bereits bei der Auslegung der Demonstrationsanlage stand deshalb nicht der Laborbetrieb, sondern die spätere industrielle Anwendung im Mittelpunkt. So wurde der Reaktor bereits in seiner späteren Endgröße gebaut. Höhere Verarbeitungskapazitäten sollen künftig aber nicht durch größere Reaktoren, sondern auch durch zusätzliche, parallel betriebene Prozesslinien erreicht werden. Die Demonstrationsanlage liefert hierfür die erforderlichen Betriebsdaten und Erkenntnisse für die Auslegung kommerzieller Anlagen.

Automatisierung ohne Blaupause

Während man bei klassischen Automatisierungsprojekten auf erprobte Verfahren und definierte Prozessabläufe zurückgreifen kann, existierte für die Demonstrationsanlage keine technische Vorlage. In diesem echten Greenfield-Projekt entwickelten sich Verfahrenstechnik und Automatisierung parallel. Neue Erkenntnisse aus der Prozessentwicklung mussten während der gesamten Projektlaufzeit fortlaufend in Hard- und Software einfließen.

Hinzu kam, dass die Anlage nicht als Labor- oder Pilotaufbau konzipiert war, sondern als industrielle Produktionsanlage genehmigt und gebaut werden sollte. Entsprechend hoch waren die Anforderungen an die Automatisierung. Gleichzeitig befand sich das Recyclingverfahren selbst noch in der Entwicklung. Änderungen an einzelnen Prozessschritten hatten deshalb häufig unmittelbare Auswirkungen auf das Steuerungskonzept sowie die Software- und Sicherheitsfunktionen. 

Mit der Planung und Umsetzung der Automatisierungs- und Steuerungstechnik beauftragte Arcus die Stoll Gruppe, einen auf industrielle Automatisierung spezialisierten Systemintegrator. Prozessingenieure und Automatisierungsspezialisten arbeiteten dabei während der gesamten Projektlaufzeit eng zusammen. Änderungen im Prozess wurden gemeinsam bewertet und direkt schrittweise in Hard- und Software umgesetzt. Ergänzt wurde das Leistungsspektrum durch die Planung und Errichtung der Energieversorgung einschließlich der Niederspannungshauptverteilung (NSHV), über die die gesamte Anlage mit elektrischer Energie versorgt wird.

Siemens fasst Automatisierungsgeschäft in einer Organisation zusammen

Rainer Brehm übernimmt zum 1. Oktober 2026 die Führung der neu gegründeten Automation-Einheit bei Siemens. Mit der neuen Organisation will der Konzern zentrale Automatisierungskompetenzen im Zuge seiner One-Tech Company-Strategie bündeln.

Redaktion Automation NEXT

Komplexes Engineering für Ex-Schutz und Prozesssicherheit

Die besondere Herausforderung im Projekt bestand jedoch nicht allein in der Automatisierung des kontinuierlichen Recyclingprozesses. Denn da die Demonstrationsanlage sowohl die gesetzlichen Anforderungen an eine Abfallentsorgungsanlage als auch die an eine chemische Produktionsanlage erfüllen musste, galt es zwei unterschiedliche regulatorische Welten unter einen Hut zu bringen. Die Anforderungen an Prozesssicherheit, Explosionsschutz und Automatisierung waren hoch. 

Die Grundlage für einen erfolgreichen Prozessverlauf bildeten daher umfangreiche Genehmigungsunterlagen sowie detaillierte Sicherheitsanalysen. Für jeden Anlagenteil wurde bewertet, welche potenziellen Gefährdungen auftreten können und wie sich diese durch geeignete Komponenten oder Automatisierungsfunktionen beherrschen lassen. Auf diese Weise wurden die Anforderungen aus den Genehmigungsunterlagen und dem Sicherheitskonzept schrittweise in die Automatisierung übertragen. Explosionsschutz wurde dabei nicht nur über die Auswahl geeigneter Komponenten erreicht, sondern ebenso über die Programmierung sicherheitsgerichteter Funktionen und definierter Anlagenzustände. Im Störungsfall musste die Steuerung jederzeit gewährleisten, dass die Anlage kontrolliert in einen sicheren Zustand überführt wird. Das Sicherheitskonzept berücksichtigte dabei auch den Ausfall der Steuerung selbst. Abschließend wurden sämtliche sicherheitsrelevanten Funktionen einschließlich der Notabschaltungen durch den TÜV überprüft.   

Und das Engineering? Auch während der Projektlaufzeit blieb es in Bewegung. So wurden beispielsweise mit der Weiterentwicklung des Recyclingverfahrens einzelne Prozessschritte sicherheits- und steuerungstechnisch neu bewertet. Dadurch kamen zusätzliche Sicherheitsmessstellen und neue Safety-Funktionen hinzu, die Anpassungen an Steuerung, Hard- und Software erforderlich machten. Das bedeutet: Während Sicherheitsfunktionen bei klassischen Automatisierungsprojekten meist bereits zu Projektbeginn weitgehend feststehen, entwickelten sie sich hier parallel zum Verfahren kontinuierlich weiter – eine Besonderheit, die typisch für den Prototypencharakter der Anlage war. 

Engineering aus einer Hand beschleunigt die Umsetzung

Neben den technischen Herausforderungen erwies sich auch die Projektorganisation als anspruchsvoll. Da sich Verfahrenstechnik und Automatisierung parallel weiterentwickelten, mussten neue Anforderungen häufig kurzfristig bewertet und umgesetzt werden. Kurze Entscheidungswege und eine enge Abstimmung aller beteiligten Disziplinen waren deshalb entscheidend für den Projekterfolg. 

Bereits zu Beginn des Projekts übernahm das Stoll-Team das Preengineering für die Bereiche Stromversorgung und Elektrotechnik. Dabei wurden sämtliche Funktionen und Komponenten der Anlage beschrieben und damit die Grundlage für Elektrokonstruktion und Softwareentwicklung geschaffen. Anders als bei einer klassischen sequentiellen Projektabwicklung konnten beide Fachbereiche dadurch nahezu vollständig parallel arbeiten, da das Preengineering bereits alle erforderlichen Grundlagen für beide Disziplinen geschaffen hatte – was die Projektlaufzeit verkürzte. 

Zusätzliche Herausforderungen im Projekt brachte die Corona-Pandemie mit den damals erheblichen Lieferengpässen für Automatisierungskomponenten mit sich. Teilweise mussten bereits spezifizierte und im Genehmigungsverfahren festgelegte Komponenten kurzfristig durch verfügbare Alternativen ersetzt werden. Da solche Änderungen Auswirkungen auf Planung, Dokumentation und behördliche Freigaben haben konnten, erforderte jede Anpassung eine enge Abstimmung aller Projektbeteiligten. 

Um solche Änderungen schnell umsetzen zu können, übernahm Stoll neben Preengineering, Elektrokonstruktion, Softwareentwicklung, Schaltschrankbau und Inbetriebnahme auch die dazugehörige technische Projektleitung. Dabei wurden software- und hardwareseitige Anforderungen gemeinsam betrachtet und Änderungen unmittelbar hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Steuerung, Elektrokonstruktion und Schaltschrankbau bewertet. So konnten technische Entscheidungen schnell getroffen und ohne zusätzliche Schnittstellen umgesetzt werden. 

Wie wichtig diese enge Verzahnung der einzelnen Disziplinen war, zeigte sich auch beim Schaltschrankbau. Da die Automatisierungstechnik in einer Containerlösung untergebracht werden musste, stand nur begrenzter Bauraum zur Verfügung. Durch den Einsatz sehr kompakter Motorstarter sowie eine platzoptimierte Planung gelang es dennoch, die komplette Automatisierung auf engem Raum zu realisieren. 

Die enge Zusammenarbeit setzte sich schließlich auch während der Installation und Inbetriebnahme fort. Da Stoll über längere Zeit mit Mitarbeitern direkt vor Ort im Industriepark Höchst präsent war, konnten neue Anforderungen unmittelbar an der Anlage bewertet und gemeinsam mit den Verfahrenstechnikern Lösungen entwickelt werden. Probleme ließen sich dadurch unmittelbar analysieren und beheben, ohne zeitaufwendige Abstimmungen über mehrere Ebenen. 

Erkenntnisse für die nächste Anlagengeneration

Mit der erfolgreichen Inbetriebnahme der Demonstrationsanlage begann die Erprobung des neuartigen Recyclingverfahrens unter industriellen Bedingungen. Dabei sind die Erkenntnisse, die seitdem für die Weiterentwicklung des Verfahrens gewonnen werden, mindestens ebenso wichtig wie der eigentliche Anlagenbetrieb. Sie bilden die Grundlage für die nächste Anlagengeneration. 

Parallel dazu wurde bereits bei der Konzeption der Demonstrationsanlage auf die spätere kommerzielle Skalierung geachtet. So entspricht beispielsweise der Reaktor bereits der später vorgesehenen Baugröße. Höhere Verarbeitungskapazitäten sollen künftig nicht durch größere Reaktoren, sondern durch zusätzliche, parallel betriebene Prozesslinien erreicht werden. Auf diese Weise lässt sich das Anlagenkonzept schrittweise an den steigenden Bedarf anpassen. Mit der Demonstrationsanlage konnte folglich das Technologierisiko beim Übergang von der Versuchsanlage zur kommerziellen Anlage deutlich reduziert werden 

Die im Projektverlauf entwickelte Automatisierung schuf hierfür zusätzliche Voraussetzungen. Die Hard- und Softwarelösungen wurden modular und objektorientiert entwickelt und basieren auf Standardfunktionen der Siemens-TIA-Portal-Plattform. Dadurch können sie in zukünftigen Projekten mit geringem Anpassungsaufwand wiederverwendet werden. So lassen sich die im Engineering, in der Steuerungstechnik und bei der Auslegung des Safety-Konzepts gewonnenen Erfahrungen auf weitere Prozesslinien übertragen und bilden eine wichtige Grundlage für den Aufbau künftiger Produktionsanlagen.