Mehr Recycling für weniger Rohstoff-Verbrauch
TU Chemnitz leistet wichtige Grundlagen für „grünere“ Kunststoffverwertung
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Kreislaufwirtschaft – vom Gelben Sack zum recycelten Regranulat aus PLA. Grafik: Sandra Metzner; KNOTEN WEIMAR. Internationale Transferstelle Umwelttechnologien GmbH
Etwa sechs Millionen Tonnen Kunststoffabfälle produzieren Verbraucher und Verbraucherinnen in Deutschland – Jahr für Jahr. Das sind 72 Kilogramm Kunststoff, die pro Person in den Müll wandern. Und diese Kunststoffe werden überwiegend aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl hergestellt. In Zeiten von Rohstoff-Knappheit und Klimawandel geht der Weg hin zu einer Kreislaufwirtschaft mit hohen Recycling-Quoten sowie zum zunehmenden Einsatz biobasierter Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) förderte den Forschungsverbund „Nachhaltige Verwertungsstrategien für Produkte und Abfälle aus biobasierten Kunststoffen“ mit 2,76 Millionen Euro. Dafür forschten Wissenschaftler der Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der Technischen Universität Chemnitz seit 2014 gemeinsam mit dem Partner KNOTEN WEIMAR, Internationale Transferstelle Umwelttechnologien GmbH, an „Biobasierten Kunststoffen im Post-Consumer-Recyclingstrom“. Es ist eines der fünf Teilprojekte des vom BMEL geförderten Forschungsverbundes. Am 28. und 29. November 2017 stellte das Team die Projekt-Ergebnisse auf der 12. European Bioplastics-Konferenz in Berlin vor.
„Wir haben untersucht, inwieweit biobasierte Kunststoffabfälle in der Recyclingpraxis erkannt, sortiert und anschließend verwertet werden können“, erklärt Tobias Hartmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Forschungsbereich Biopolymere und Naturfaserverbunde an der Professur SLK der TU Chemnitz. Dazu wurden elf Tonnen Kunststoffabfall mit acht Prozent Polylactid (PLA), einem synthetisch erzeugten Polyester, das sich in Industrieanlagen biologisch abbauen lässt und heute bereits für Verpackungen wie Joghurtbecher, Teebeutel und Einweggeschirr verwendet wird, angereichert. In Sortieranlagen bei Leipzig und Erfurt ließen die Wissenschaftler den Müll im normalen Praxisbetrieb mittels Nahinfrarot-Spektroskopie auf PLA sortieren. Nach einer branchenüblichen Aufbereitung, in der das Material unter anderem zerkleinert und gewaschen wird, wies es noch etwa 25 Prozent Verunreinigung, vor allem durch Papierreste, auf. Anschließend wurde es auf die Anwendbarkeit verschiedener Recyclingverfahren untersucht – mit positivem Ergebnis: „Mit unserer Forschung konnten wir effiziente Wege zur Erkennung, Sortierung und Wiederverwertung von PLA im Post-Consumer-Recyclingstrom aufzeigen“, bewertet Hartmann die Arbeiten.
Nachwachsende Rohstoffe und neue Recyclingtechnologien sind zukünftig noch relevanter
PLA-Abfälle mit einer Verunreinigung von bis zu fünf oder sogar zehn Prozent lassen sich problemlos auf sogenannten Schmelzefiltrations-Anlagen für Kunststoffe zu einem Regranulat verarbeiten. Diese Versuche fanden zum einen an der TU Chemnitz und zum anderen an Praxismaschinen der Partner mit einem Durchsatz von 400 Kilogramm Abfall pro Stunde statt: „So konnte auch für biobasierte Kunststoffe bestätigt werden, dass eine nachhaltige Wiederverwertung möglich, wenn auch aufgrund des geringen Vorkommens noch nicht wirtschaftlich ist“, schlussfolgert Tobias Hartmann.
Biobasierte Kunststoffe werden noch nicht häufig in handelsüblichen Produkten verwendet. Es gibt beispielsweise teilbiobasierte PET-Flaschen oder die Verwendung von Naturfasern in Snowboards, Helmen und ähnlichen Verbunderzeugnissen, welche an der TU Chemnitz entwickelt wurden. Da dies jedoch keine Verbrauchsgegenstände im klassischen Sinne, wie etwa Verpackungsmaterialien, sind, gelangen nur wenig biobasierte Kunststoffe in den Gelben Sack der Endverbrauchenden. „Die hier verwendeten biobasierten Kunststoffabfälle waren außerdem immer mit Buntpapierresten verunreinigt, daher konnten wir kein reines Material herstellen, wie man es von handelsüblichen Plastikbechern kennt“, beschreibt Hartmann die Herausforderungen im Forschungsprozess. Dennoch werden recycelte, biobasierte Kunststoffe auch schon in der Produktion verwendet, beispielsweise für die Herstellung von Pflanztöpfen. „Mit der Neuregelung des Verpackungsgesetzes in Deutschland ab dem 1. Januar 2019 fördert der Gesetzgeber eine verstärkte Verwendung von Verpackungen aus nachwachsenden Rohstoffen – und honoriert es. Deswegen sind die Verwertungserfordernisse, die wir für das werkstoffliche Recycling erforscht haben, in der Zukunft noch relevanter“, schließt der Wissenschaftler seine Ausführungen.
Downloadlink Ergebnispapier: http://www.bionet.net/fileadmin/dokumente/Biopolymere/171117-A5bro-ergebnisbericht-pla-abfaelle_web.pdf
Bundesexzellenzcluster MERGE: Nachhaltiger Leichtbau mit biobasierten Materialien für eine zukunftweisende Mobilität
Die Grundlagen und Erkenntnisse dieser Forschungsarbeiten zu biobasierten Materialien in ganzheitlichen Wertschöpfungsketten werden auch im Bundesexzellenzcluster „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen“ MERGE der TU Chemnitz aufgegriffen und für die Entwicklung multifunktionaler Leichtbaustrukturen eingesetzt. Durch eine Kombination aus biobasierten Naturfasern wie Flachs, Hanf, Jute oder Sisal mit synthetischen Hochleistungsfasern entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Clusters Hybridgewebe zur Anwendung in Leichtbauteilen, die den hohen technischen Anforderungen der Automobilbranche entsprechen. Ihr Ziel ist es, diese in Verbindung mit herkömmlich verwendeten sowie biobasierten Kunststoffen zunächst zu Halbzeugen und durch Ergänzung mit intelligenten Systemen wie Sensoren und Aktoren zu leichten und dennoch hochfesten Bauteilen für die nachhaltige Großserie zu entwickeln. Derartige Komponenten kommen bereits heute vereinzelt, z. B. im Fahrzeuginnenraum oder in Pkw-Türen als Seitenaufprallträger, zum Einsatz und weisen im Vergleich zu herkömmlichen Materialien niedrigere Rohstoffkosten, einen geringen herstellungsbezogenen Energieverbrauch und folglich eine gute CO2-Bilanz auf. Die erneuerbare Rohstoffbasis der Materialien und die verbesserte Recyclingfähigkeit sind im Sinne des Umweltschutzes von hoher Relevanz. Insbesondere im Automobilsektor kommt diesen Leichtbauelementen neben ihrer Gewichtsreduktion jedoch noch eine weitere positive Eigenschaft zu Gute: Sie besitzen im Crashfall ein geringeres Splitterverhalten.
Weitere Informationen erteilt Tobias Hartmann, Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der TU Chemnitz, E-Mail: tobias.hartmann@mb.tu-chemnitz.de, Telefon: 0371-531 32817
(Autorinnen: Katharina Wolfrum; Diana Ruder)
Matthias Fejes
21.12.2017
