Banner
Banner
Banner
Banner

Volltextsuche

Dienstag, den 28. Januar 2025 um 04:07 Uhr

Effizientes Recycling und erweiterte Nutzung von kunststoffhaltigem Abfall

Im Rahmen des Leitprojekts "Waste4Future" haben acht Fraunhofer-Institute neue Ansätze für das Abfallmanagement und die Kreislaufwirtschaft von Kunststoffen entwickelt. Ihre Expertise zielt darauf ab, Aspekte wie Recycling, Sortierung, Rezepturentwicklung, Verwertungspfade und die Reduzierung von Abfallströmen zu verbessern. Dies ermöglicht insbesondere die Wiederverwertung von kunststoffhaltigen Abfällen, die bislang verbrannt wurden. Die Ergebnisse wurden kürzlich in einem Abschlusstreffen der Industrie präsentiert.

Leistungsfähige Kunststoffe sind weltweit bedeutende Werkstoffe, die zahlreiche industrielle Anwendungen und Vorteile im Alltag bieten. Allerdings werden sie meist aus fossilen Rohstoffen hergestellt, was mit hohen CO2-Emissionen verbunden ist. In Deutschland fallen jährlich über 6 Millionen Tonnen kunststoffhaltiger Abfälle an, von denen etwa die Hälfte verbrannt wird, anstatt stofflich verwertet zu werden.

„Es ist sinnvoll, den im Kunststoff enthaltenen Kohlenstoff als Ressource zu betrachten und weiterzuverwenden“, erklärt Prof. Dr. Erica Lilleodden, Gesamtprojektleiterin von "Waste4Future" und Leiterin des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS. Um eine funktionierende Kreislaufwirtschaft zu etablieren, müssen kohlenstoffhaltige Bestandteile im Abfall besser erkannt und verwertet werden, um hochwertige Ausgangsmaterialien für die Industrie zu gewinnen. Im Projekt wurden individuelle und innovative Lösungen für unterschiedlich zusammengesetzte Abfallströme entwickelt.

Die Fraunhofer-Experten konzentrierten sich besonders auf Kunststoffabfälle, die bisher nicht recycelt werden konnten, und definierten sechs Forschungsschwerpunkte: Bewertungsmodelle, Sensortechnik, Sortiertechnik, werkstoffliches Recycling, chemisches Recycling und Rezepturentwicklung. Um diese neuen Möglichkeiten zu demonstrieren, wurde eine Stuhlschale aus recyceltem Polyamid hergestellt. Der Kunststoff wurde automatisiert aus einem Abfallstrom sortiert, aufbereitet und im Spritzguss verarbeitet. Das Verhalten des Bauteils wurde mit Neuware sowie anderen verfügbaren Rezyklaten verglichen; das Ergebnis zeigt, dass die Recycling-Sitzschale in allen wichtigen Aspekten konkurrenzfähig ist.. "Wir haben den Fokus auf Polyamid gelegt, weil es hier insbesondere eine hohe Nachfrage aus der Automobilindustrie gibt und der Bedarf in den kommenden Jahren durch strenge Regulierung noch steigen wird", sagt Prof. Dr. Maik Feldmann, Technischer Projektleiter von "Waste4Future". "Mit dem Demonstrator konnten wir im Konsortium den gesamten Weg vom komplexen Abfallstrom aus einer Schredderleichtfraktion über hochwertige Rezyklate bis zum neuen Produkt nachzeichnen und aufzeigen, in wie vielen Bereichen wir dabei gemeinsam Fortschritte erzielt haben."

Besonders hervorzuheben ist die Entwicklung eines umfassenden Modells, das eine (Echtzeit-)Bewertung von (Kunststoff-)Recyclingprozessen anhand ökologischer und ökonomischer Kriterien ermöglicht. Dieses Modell liefert Informationen über die Qualität eines Abfallstroms und zeigt auf, wie dessen Bestandteile mit möglichst hochwertiger Nutzung weiterverwertet werden können. „Durch digitale Zwillinge von Prozessen und Materialien haben wir eine Schnittstelle zwischen der realen und der virtuellen Welt geschaffen“, erklärt Dr. Gert Homm, Leiter des Teilprojekts „Entropiebasiertes Bewertungsmodell“. Im Rahmen dieses Projekts wurden auch ein Sortierdemonstrator entwickelt, der ein Multi-Sensor-System mit KI-basierter Datenauswertung umfasst, sowie die grundsätzliche Eignung der THz-Sensortechnologie für die bislang kaum mögliche Sortierung schwarzer Kunststoffe nachgewiesen. Diese Technologie muss jedoch noch weiterentwickelt werden, um sie für die Sortierung realer Abfallfraktionen zu optimieren.

Neue Möglichkeiten für Rezepturentwicklung und chemisches Recycling

Es wurden bedeutende Fortschritte in der Bewertung von Rezyklaten, insbesondere hinsichtlich Alterungsprozessen, sowie in der Rezepturentwicklung, etwa durch Additivierung, erzielt. Die Online-Rheologie wurde als schnelles Diagnose-Tool für die Rezepturentwicklung, einschließlich des Einsatzes von Prozess-Stabilisatoren bei Polyolefinen und Koppleradditiven zur Molmassensteigerung bei Polyamiden, entwickelt. Das Projektteam identifizierte Kipp-Punkte als Sortierkriterium für die kaskadierte Aufbereitung von Polyolefinen. Zudem wurde erfolgreich hochreines Kunststoffrecycling mittels lösemittelbasierten Verfahren umgesetzt. Es wurden geeignete Verwertungspfade für Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und Polyamid (PA) aus Schredderabfällen konzipiert, wobei auch Massenbilanzen für stark inhomogene Abfallströme erstellt wurden.

Für das chemische Recycling (Pyrolyse, Gasifizierung) ermöglicht ein neuartiges Entropiemodell eine umfassende Bewertung kunststoffhaltiger Abfallströme. "Wir konnten zeigen, dass durch Gasifizierung und Pyrolyse auch Polyamid-haltige Fraktionen verwertet werden können, die nicht mehr mechanisch recycelbar sind", sagt Dr. Jörg Kleeberg, Leiter des Teilprojekts "Chemisches Recycling". Die Ergebnisse bilden die Basis für eine ASPEN-Modellierung, die auch als Grundlage für die Synthese völlig neuer Kunststoffe genutzt werden kann.

Bei all diesen Aktivitäten hatten die Projektpartner im Blick, dass innovative Lösungen nicht nur im Labor funktionieren müssen, sondern sich auf den Bedarf der Industrie skalieren lassen. Entsprechend nutzten die beteiligen Institute ihre erstklassige technische Ausstattung, um in vielen Bereichen bis in den Demonstrator- und Pilotmaßstab zu arbeiten. Dr. Elke Metzsch-Zilligen, Leiterin des Teilprojekts "Werkstoffliches Recycling" betont abschließend: "Wir haben stets das gesamte System betrachtet, einschließlich der ökonomischen Bewertung und regulatorischen Rahmenbedingungen. Die erzielten Optimierungen bei Sortierung, Aufreinigung, Verarbeitung recycelter Kunststoffe in hoher Qualität und Identifizierung passender Verwertungspfade bieten sehr attraktive neue Möglichkeiten etwa für die Abfallwirtschaft und die Chemieindustrie, bis hin zur Entwicklung ganz neuer Geschäftsmodelle."


Den Artikel finden Sie unter:

https://www.imws.fraunhofer.de/de/kompetenzfelder/kunststoffe/highlights/kunststoff-abfall-recycling-verwertung-sortierung-rezeptur-verarbeitung.html

Quelle: Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS (01/2025)

Um unsere Webseite für Sie optimal zu gestalten und fortlaufend verbessern zu können, verwenden wir Cookies. Durch die weitere Nutzung der Webseite stimmen Sie der Verwendung von Cookies zu.
Weitere Informationen zu Cookies erhalten Sie in unserer Datenschutzerklärung.