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Recycling als Chance

Recycling

Am SKZ in Würzburg wird auch im Bereich der Wiederverwendung von Kunststoffabfällen intensiv geforscht. Zeit für einen Überblick.

Einen Großteil der Kunststoffabfälle stellen die steigenden Mengen an Post-Consumer-
Abfällen dar. Die gesetzlich vorgeschriebene Recyclingquote des dualen Systems für Kunststoffverpackungen soll gemäß der Novellierung des Verpackungsgesetzes in den nächsten fünf Jahren von bisher 36 % auf 63 % steigen. Dies stellt die Recyclingindustrie vor neue Herausforderungen, da nun auch bisher schwer zu trennende Abfallmischungen stofflich verwertet werden müssen. Die gängige Praxis, das (minderwertige) Kunststoffgemisch in hochwertigen sortenreinen Kunststoffen zu verschneiden oder thermisch zu verwerten, wird hier also künftig an ihre Grenzen kommen.

63 %soll die Recyclingquote des dualen Systems für Kunststoffverpackungen gemäß der Novellierung des Verpackungsgesetztes in den nächsten 5 Jahren erreichen. Eine echte Herausforderung für die Recyclingindustrie.

Parallel dazu zeichnet sich ab, dass die nach dem Importstopp Chinas nun in Deutschland verbleibenden Mengen einen deutlichen Effekt auf den Markt haben werden. Im Unterschied zur allgemeinen öffentlichen Wahrnehmung wird in der Branche darin weniger stark ein Problem, sondern durchaus eine große Chance erkannt. Denn den zusätzlichen Mengen steht auch eine wachsende Nachfrage gegenüber, zum Beispiel im Konsumgütermarkt.

Qualität entscheidet über Erfolg

In erster Linie ist eine Qualitätssteigerung vieler Rezyklate notwendig, um neue Märkte für diese zu erschließen. Gleichzeitig muss die Effizienz im Recycling sowie in den Kunststoffverarbeitungsprozessen gesteigert werden. Während die notwendigen verarbeitungstechnischen Grundlagen für hochwertige Recyclingware grundsätzlich bekannt sind, stellt die Wirtschaftlichkeit für die industrielle Einführung einen kritischen Aspekt dar. Häufig können die für eine Qualitätssteigerung notwendigen höheren Preise nicht erzielt werden. Deshalb müssen auch die vorherrschenden Produkt- und Wertstoffkreisläufe neu überdacht werden, um die Kosten für hochwertige Rezyklate zu senken.

skz_lars_helmlinger -web Lars Helmlinger ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Gruppe Compoundieren & Extrudieren, des SKZ in Würzburg.

Der Compoundierprozess ist ein wesentliches und unverzichtbares Element im Kunststoffrecycling. Aber Kunststoffrecycling ist mehr: Neben der Aufbereitung beschichteter oder lackierter Teile und Werkstoffverbunde geht es zunehmend darum, mit welchem Aufwand und welcher Technik qualitativ hochwertige Sekundärwerkstoffe zur Verfügung gestellt werden können. Die höchstmögliche Wertschöpfung wird mit dem Schließen von Werkstoffkreisläufen erreicht. Für diese anstehenden technischen und ökonomischen Herausforderungen konnte das SKZ, ein Institut der Zuse-Gemeinschaft, bereits ein breites Know-how durch zahlreiche Forschungsaktivitäten aufbauen, das im Rahmen des Wissenstransfers an die Industriepartner weitergegeben wird.

Neue Wege für Recycling von Kunststoffen
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Einge digitale Plattform bringt beim kooperativen Recycling Angebot und Nachfrage zusammen. Grafik: SKZ

Ein bisher in der industriellen Recyclingpraxis noch kaum genutzter Ansatz überträgt die vorhandenen Kenntnisse aus der Herstellung von Neuwarecompounds auf die Herstellung hochwertiger Rezyklate aus Kunststoffgemischen, ohne diese vorher aufwendig zu trennen. So konnte in Untersuchungen am SKZ gezeigt werden, dass sich zum Beispiel die Bruchdehnungen von Mahlgutmischungen aus Polyethylen und Polypropylen durch geeignete Additivierung problemlos auf das Zehnfache anheben lassen.

Auch die immer wieder auftretende Geruchsproblematik bei Post-Consumer-Rezyklaten wurde am SKZ untersucht, da von Verbrauchern die Frage nach der Ursache von Gerüchen und nach deren Folge für die Gesundheit gestellt wird und die Kunststoffindustrie zum Handeln zwingt. Durch Optimierung der Prozessführung und den Einsatz spezieller Additive konnten auch hier deutliche Verbesserungen erreicht werden.

Reaktive Compoundierung

Ein bislang noch wenig erforschter Ansatz ist die chemische Modifikation durch reaktive Compoundierung. Dies verspricht eine interessante und zukunftsträchtige Variante zu sein, da so Rezyklate für den jeweiligen Anwendungsfall maßgeschneidert werden können. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise neue Blends herstellen oder auch Störstoffe aus der Mischung neutralisieren. Dies erfordert jedoch spezielles Know-how im Umgang mit den erforderlichen Additiven, das bei den meisten Recyclingunternehmen derzeit noch nicht vorhanden ist. Natürlich müssen auch hier die resultierenden Zusatzkosten vorher genau geprüft und den erzielbaren Eigenschaften gegenübergestellt werden.

Das SKZ bietet mit seinen umfangreichen Möglichkeiten im hauseigenen Versuchstechnikum die Gelegenheit, Kunden bei ihren Fragestellungen tatkräftig zu unterstützen.
Aufgrund der Vorgabe durch die EU, dass bis 2030 alle Verpackungen vollständig rezyklierbar sein müssen, wird ein weiterer Schwerpunkt auf der Verwertung von Verpackungen und Folien im Speziellen liegen. Hochentwickelte Mehrschichtsysteme stellen hier wohl die komplexeste Herausforderung dar. Um auch diesbezüglich den Industriepartnern die bestmögliche Technologie für hochaktuelle Fragestellungen zur Verfügung zu stellen, ist der Aufbau einer Anlage von Erema am SKZ geplant.

skz_jan_werner -webDr. Jan Werner ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Gruppe Nachhaltigkeit, des SKZ in Würzburg.

Neben der Verarbeitung von Rezyklaten wird am SKZ, zusammen mit Unternehmen der Branche, ein Fokus auf die Qualitätssicherung von Produkten aus Rezyklat gelegt. Dies betrifft etwa optische Eigenschaften wie die Farbe oder die mechanischen Eigenschaften der Produkte. Beispielsweise war das SKZ an einem Projekt beteiligt, das sich mit der Entwicklung und Bewertung von Eisenbahnschwellen aus rezykliertem Kunststoff beschäftigt. Diese Schwelle ist denen aus Beton oder Holz in vielerlei Hinsicht überlegen und sogar ein geschlossener Rohstoffkreislauf ist möglich.

Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit der Ermittlung der Farbzusammensetzung von unsortiertem Mahlgut (Rezyklat) sowie der daraus resultierenden Farbe von Kunststoffteilen. Beispielsweise erhält der Anwender Hinweise, welche Farben erreicht werden können, wenn zum Beispiel nur rote Bestandteile aussortiert werden. Mit diesem System kann der Rezyklierer das Rezyklat bezüglich der Farbzusammensetzung besser beurteilen und auf diese Weise klar entscheiden, ob mit dem vorliegenden Mahlgut die Wunschfarbe erreicht werden kann und welche Sortierschritte und Farbstoffe hierfür benötigt werden.
Das SKZ wird zudem in kommenden Projekten einen Schwerpunkt auf Fragestellungen zur Qualitätssicherung von Kunststoffbauteilen aus Rezyklaten legen.

Netzwerke bilden
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Eisenbahnschwellen aus rezykliertem Kunststoff sind Schwellen aus Beton und Holz in vielerlei Hinsicht überlegen. Foto: K-Zeitung/Lubos

Nicht alle Probleme des Kunststoffrecyclings lassen sich jedoch allein durch technische Lösungen beheben. An vielen Stellen bedarf es auch betriebswirtschaftlich-organisatorischer oder auch systemischer Innovationen. Ein vielversprechender Ansatz ist dabei das sogenannte „kooperative Recycling“. So können häufig Unternehmen allein ihre Produktionsabfälle technischer Kunststoffe nicht verwerten, zum Beispiel aufgrund zu geringer Mengen. Gleichzeitig werden auf der Abnehmerseite zunehmend größere Mengenströme für einen wirtschaftlich sinnvollen Rezyklateinsatz nachgefragt.

Durch ein kooperatives Recycling kann die verfügbare Abfallmenge erhöht werden, wodurch diese in den eigenen Produktionszyklus oder in Produktionszyklen anderer Unternehmen zurückgeführt werden kann. Im Forschungsprojekt Recycling Net des SKZ und des International Performance Research Institute (IPRI) wurden Möglichkeiten untersucht, um ein kooperatives Recycling von Produktionsabfällen technischer Kunststoffe zu ermöglichen.

Als konzeptioneller Rahmen wurde das bereits im Einzelhandel und in der Automobilindustrie erprobte Konzept des Collaborative Planning, Forecasting and Replenishment (CPFR) verwendet. Dieses erlaubt es, durch gemeinsame Planungsprozesse und gegenseitigen Informationsaustausch die gesamte Supply Chain effizient, rational und kundenorientiert zu gestalten.
Gemeinsam mit beteiligten Unternehmen wurden verschiedene Modelle für Kooperationen zum Recycling technischer Kunststoffe entwickelt. Als zentrale Herausforderungen wurden dabei unter anderem identifiziert:

  • Suche geeigneter Partner
  • Matching verschiedener Abfallströme, um deren Kompatibilität für ein gemeinsames Recycling zu bewerten
  • Ermöglichen eines vertrauensvollen und sicheren Informationsaustauschs
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Der Compoundierprozess ist ein wesentliches und unverzichtbares Element im Kunststoffrecycling – aber Kunststoffrecycling ist mehr. Foto: SKZ

Daraus ergibt sich in vielen Fällen die Notwendigkeit eines unabhängigen Dritten, das heißt eines Intermediärs, der die Basis für das kooperative Recycling bereitstellen kann, losgelöst von direkten wirtschaftlichen Interessen. Dies kann zum einen ein unabhängiger Koordinator sein, also eine neutrale Einrichtung wie ein Institut. Zum anderen kann diese Aufgabe auch durch eine digitale Plattform erfüllt werden (siehe Abbildung), die eine virtuelle Infrastruktur schafft, Regeln festlegt für die Interaktionen zwischen den Benutzern und so Angebot und Nachfrage zusammenbringt. Darüber können dann geeignete Partner gefunden, Informationen ausgetauscht und die Kooperation initiiert und gesteuert werden.

Zudem kann die Plattform Mehrwertdienste wie Matching, digitale Hilfen für den Kompetenzerwerb etc. bereitstellen. Eine solche digitale Plattform kann durch die Einbindung vieler Akteure und die damit verbundenen Skaleneffekte neue, kooperative Recyclinglösungen hervorbringen und letztlich zu einem vollständigen wirtschaftlichen Ökosystem für das Recycling bisher entsorgter Kunststoffabfälle werden. Das SKZ wird diese Thematik in kommenden Projekten weiter vertiefen und die Umsetzung digitaler Lösungen vorantreiben.

Autoren: Lars Helmlinger, Dr. Jan Werner, Dr.-Ing. Marieluise Lang, Oliver Stübs, Dr. Johann Erath

Aufmacherbild: SKZ