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Den Produktzyklus schließen – Ansätze zum Aufbau einer zirkulären Wirtschaft

Im Gegensatz zum Verpackungsbereich sind im Bereich von Hochleistungskunststoffen (sogenannten Performance-Polymer-Werkstoffen) die verfügbaren zirkularen Materialströme sowohl in lokaler Verfügbarkeit als auch hinsichtlich der Qualität des nutzbaren Materials deutlich erschwert.

Am Beispiel von Polycarbonat-Werkstoffen entwickelt Covestro derzeit einen Ansatz, um den ökonomischen, logistischen und materialbezogenen Herausforderungen einer zirkulären Wirtschaft Lösungen anzubieten. Hierbei ist wichtig, dies im Blick auf globale Wertstoffströme und Markterfordernisse zu konzipieren.

In vielen Kunststoffabfall-Materialbilanzen laufen Polycarbonate, Polyamide etc. mit < 5 % Volumen als „others“. Dennoch existieren derzeit insbesondere in Asien schon einige Stoffströme, die in der Lage sind, derartige Materialien zumindest im Sinne der Substanzklassen „rein“ zu separieren und aufzuarbeiten.

Polycarbonat Mobiltelefonladestation
© Covestro

Für die Entwicklung von neuen Wertstoffen mit physikalischem Recycling-Anteil sind jedoch darüber hinaus eventuelle Verunreinigungen aus der Nutzungsphase, sowie die Vielzahl von Additiven, Blend-Partnern, Farbmitteln und Füllstoffen ein wichtiges Problem. Dies gilt es zu lösen, um in der zweiten Generation leistungsfähige Polymer-Werkstoffe anbieten zu können.

In einer Drei-Parteien-Kooperation mit dem chinesischen Unternehmen Nongfu-Spring und der Recyclingfirma Ausell wurde aktuell in China die Verfolgbarkeit der Polymerströme aus Makrolon-Polycarbonat-Typen in Recyclingwasserflaschen sichergestellt. Damit wurden deutlich höhere Qualitätsanforderungen an die notwendigen Recycling Qualitäten erfüllt.

Bis zu einer Million Wasserbehälter werden pro Jahr gesammelt, überprüft, zerkleinert gewaschen und wieder granuliert, um anschließend zu neuen Makrolon(PC)- und Bayblend(PC/ABS)-Typen anteilig verarbeitet zu werden.

Möglich und sinnvoll ist dies speziell für Polycarbonat-Werkstoffe, da Polycarbonat aufgrund eines sehr hohen thermischen und mechanischen Performance-Niveaus die verminderten Eigenschaften nach einem Recycling partiell überkompensieren kann.

Polycarbonat Laptopgehäuse
© Covestro

Dies ist natürlich abhängig von detaillierten Molekulargewichtsverteilungen, Degradationsprofilen während der ersten Nutzung und der Verarbeitung. Gerade weil in PC/ABS-Blends hochwertige Eigenschaftsprofile in nichttransparenten Farben und unter Einsatz von Füllstoffen gefragt sind, ergeben sich hier zahlreiche Optionen. Damit können auch Funktionalitäten der Primärnutzung effektiv behalten werden. Es bleiben aber auch komplexe Sekundäreigenschaften wie zum Beispiel thermische Leitfähigkeit möglich.

Die Zusammenarbeit geht dabei weit über kommerzielle kostengetriebene Aspekte hinaus, denn insbesondere die Qualitätsanforderungen an Recyclingware werden zum Engpass für hochwertige Recycling-Werkstoff-Lösungen.

Auch die derzeitigen regulatorischen Herausforderungen vor allem in Europa erschweren oder verhindern den Zugang zu Recycling-Rohstoffen, zum Beispiel durch die Abfallverordnung kombiniert mit REACH. Hier besteht dringender regulatorischer Bedarf einer Neufassung. Gerade für komplexere Produktionsketten sind jedoch solche Recycling-Ansätze hinsichtlich CO2-Bilanzen, Rohstoffverbrauch und Müllvermeidung durchaus sinnvoll.

Technologien wie Blockchain werden derzeit zur Qualitätssicherung erprobt. Neue Werkstoffe, die Recycling-Polymere enthalten, werden derzeit bei Covestro speziell für die Elektronik-, Consumer- und Automobilindustrie entwickelt. Die Nongfu-Spring-Partnerschaft steht dabei exemplarisch für notwendige „closing-the-loop“-Kooperationen, die auch für andere Industrien derzeit im Aufbau begriffen sind. Dennoch werden in Zukunft vor allem konzeptionelle Überlegungen das rein physikalische Schließen der Materialströme begleiten.

Neue Konzepte zur Nutzung der Kunststoffe, hoch funktionelles „Less-is-more“-Design, sowohl in Bezug auf den Materialverbrauch als auch Materialkombinationen werden größere Bedeutung erlangen. Hier verlässt man sich auf ein hohes Performance-Niveau der Polycarbonate und sich dadurch anbietende Möglichkeiten, um konzipierte Fertigteile zu funktionalisieren. Hiermit wird sich auch die Gesamtökonomie besser darstellen lassen, um gegebenenfalls höhere Kosten aus den physikalischen Handhabungsschritten des Recyclings partiell zu kompensieren.

Es entstehen Ein-Polymer-Lösungen, monolithische Materialkonzepte, die dank ihrer thermisch-mechanischen Eigenschaften natürlich für Hochleistungswerkstoffe einfacher möglich sind. So hat Covestro auch einen All-Polycarbonat-Automobilscheinwerfer auf der Kunststoffmesse 2019 vorgestellt, der konsequent neu designt wurde, zahlreiche Funktionen integriert, Einzelteile reduziert, Komplexität in der Herstellung eliminiert und nach einfacher Entnahme der elektronischen Bauteile komplett wiederverwertet und einer neuen Nutzung zugeführt werden kann.

All-Polycarbonat-Automobilscheinwerfer mit seinen einzelnen Bauteilen
© Covestro

Derzeit sind dies orientierende Zukunftskonzepte, die noch nicht auf breiter Basis in den Märkten eingeführt sind. Hochleistungswerkstoffe sind energetisch aber zu wertvoll, um einfach durch Pyrolyse einer thermischen oder sehr einfachen petrochemischen Basis wieder zugeführt zu werden. Man darf hierbei nicht außer Acht lassen, dass neben der Müllvermeidung insbesondere der Energieaufwand beziehungsweise der diesbezügliche CO2-Fußabdruck wichtige Entscheidungsgrößen für derartige Verfahren sind. Wo also für einfachere Polyolefine oder Polyester solche Ansätze gegebenenfalls vorteilhaft sind, kann das werkstoffliche physikalische Recycling insbesondere für komplexere Hochleistungswerkstoffe einen Beitrag leisten. Es müssen eben die logistischen Zyklen Schritt für Schritt geschlossen werden.

Autor: Dr. Joachim Simon, Head of Research & Development Polycarbonates, Covestro AG, Leverkusen
Redaktionelle Bearbeitung: Maren Mielck, GDCh

Die Makromolekulare Chemie feiert in diesem Jahr hundert Jahre. Jeder von uns ist Makromolekülen schon begegnet, zum Beispiel in Form von Kunststoff. Zum Jubiläum zeigen unsere Beiträge dieses Jahr, wo Makromoleküle vorkommen.

Dieser Artikel erschien zuerst auf faszinationchemie.de.

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