Plastik und Recycling

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Quo vadis, Plastik?

Kein anderer Werkstoff wird so kontrovers diskutiert wie Kunststoff und die durch ihn entstehenden Umweltprobleme. Kein anderer Werkstoff ist allerdings auch so vielseitig und unverzichtbar. In der Produktion von Kunststoffen und ihrer Weiterverarbeitung stehen Umweltthemen daher aktuell hoch im Kurs.

Die Trends in der Industrie spiegeln im Kleinen die großen globalen Themen: Laut Weltwirtschaftsforum 2019 sind mit Wetterextremen, mangelndem Fortschritt der Klimapolitik und Naturkatastrophen die Top-Drei-Risiken der Welt Umweltrisiken. Darin sind sich 1.000 Experten aus Wirtschaft, Politik und Zivilgesellschaft einig. Auf den Plätzen vier und fünf folgen Datendiebstahl und Cyberattacken. Runtergebrochen auf die Kunststoffindustrie sieht die Priorisierung ganz ähnlich aus: Recycling, Kreislaufwirtschaft und Umweltthemen stehen ganz oben auf der Agenda, gefolgt von Energieeffizienz und Industrie 4.0. Außerdem hat die Branche erkannt, dass sie ein Imageproblem hat: Die Vermüllung der Meere, Mikroplastik in der Nahrung und weitere Negativmeldungen haben einen Werkstoff in Misskredit gebracht, der – richtig verwendet und entsorgt – viele Vorzüge aufweist und oft gar nicht zu ersetzen ist.

Was tun? Bei der Entsorgung von Verpackungen hat die Industrie nur begrenzte Handlungsspielräume. Direkten Einfluss hat sie dagegen auf die Produktion bzw. Verarbeitung. Geeignete Maßnahmen in diesem Bereich sind:

  • Substitution von fossilen durch erneuerbare Rohstoffe
  • Verringerung von Kunststoffmengen durch effiziente Produktionsprozesse
  • Rückführung von Ausschuss und Verschnitt in den Produktionsprozess
  • Einsatz von Rezyklaten
  • aktive Gestaltung von Recyclingprozessen
  • Aufklärung der Öffentlichkeit durch Studien und Verbandsarbeit

Problem erkannt, Maßnahmen ergriffen?

Nachwachsende Rohstoffe und biotechnische Prozesse gewinnen in der Branche an Bedeutung. Dabei ist die Familie der Biokunststoffe groß: Sie verzweigt sich in jene, die aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen und jene, die biologisch abbaubar sind – plus die Gruppe, die beide Vorzüge aufweist. Manche Biokunststoffe können herkömmliche ersetzen, andere weisen neue Eigenschaften auf und vergrößern so das Angebot.

Biokunststoffe im Überblick:

  • (Teilweise) biobasierte Kunststoffe, die nicht abbaubar sind: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylene Terephtalate (PET), technische Hochleistungskunststoffe wie Polyamid (PA) Polytrimethylen Terephtalat (PTT) oder (teilweise) biobasiertes Polyurethan (PUR)
  • Bio-basiert und abbaubar: Polymilchsäure (PLA), Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polybuten Sacchinate (PBS) und Stärkeblends
  • Fossile Kunststoffe, die abbaubar sind: Polybutylen Adipat Terephtalat (PBAT)

Bio-Kunststoffe hängen überwiegend nicht an fossilen Rohstoffen und können den CO2-Fußabdruck erheblich verkleinern – insbesondere in Verbindung mit Recycling und Kreislaufwirtschaft, so der Branchenverband European Bioplastics. Viele biobasierte Polymere bieten einen gleichwertigen Ersatz für konventionelle Kunststoffe.

Dazu gehört zum Beispiel das durch Fermentierung von Stärke und Zucker hergestellte Polyactid (PLA) sowie Polyethylenterephthalat (Bio-PET) und biobasiertes Polyethylen (Bio-PE). Grundstoffe dafür sind Zuckerrohr und Bioethanol (Quelle: Wuppertal Institut). Erste Innovationen zeigen sogar schon neue und verbesserte Eigenschaften, wie die kompostierbaren PLA, PHA und PBS. Ganz neue Materialien wie Polyethylene Furanoate (PEF) zeigen bessere Barriereeigenschaften als etablierte Polymere und können darüber hinaus ganz einfach recycelt werden. Am Ende dieses Beitrags stellen wir Ihnen eine ausführliche Tabelle über die neuen Materialien zur Verfügung.

Für die Produktion bedeuten neue Werkstoffe die Entwicklung von neuen Prozessen. Die Fließeigenschaften der alternativen Biokunststoffe können andere Eigenschaften als konventionelle Granulate aufweisen. Komponentenhersteller wie Brabender Technologie können Produzenten hier unterstützen: Im hauseigenen Technikum können die Neuentwicklungen getestet und die richtigen Dosierer ausgewählt und eingestellt werden. In manchen Fällen erfordern die neuen Produkte auch Innovationen – Brabender Technologie ist hier stetig auf technische Weiterentwicklungen eingestellt. Lesen Sie dazu auch unseren Beitrag über unsere Entwicklungsabteilung ab Seite 24.

Recycling innerhalb der Produktion

Auch Bio-Kunststoffe machen Recycling nicht überflüssig. Sie sollten in einen sinnvollen Wertstoffkreislauf eingebunden sein, da auch sie nicht unbedingt biologisch abbaubar sind. Innerhalb eines Unternehmens ist die logistische Herausforderung für Recycling von herkömmlichen wie alternativen Kunststoffen deutlich geringer als bei Konsumentenabfällen. In der Produktion sind die Inhaltsstoffe der Abfälle häufig bekannt und teilweise sogar sortenrein. Daher lassen sich Ausschussteile – zum Beispiel im Spritzguss – sehr gut wieder in die Fertigung zurückführen: Sie werden erst zerkleinert, mit Mühlen zermahlen, das Mahlgut im Extruder homogenisiert und zu Stranggranulat weiterverarbeitet. Das daraus entstehende Regranulat kann allerdings abweichende Eigenschaften zum Ausgangsmaterial aufweisen.

Ein weiteres Beispiel ist die Verarbeitung von Folienrandschnipseln. Bei der Herstellung von Folien werden am Prozessende die Ränder begradigt, so dass ein Abfallanteil unvermeidbar ist. Dieses Material ist schwer zu beherrschen und muss daher oft zu Granulat aufbereitet werden, bevor es wieder dem Prozess zugeführt wird. Brabender Technologie entwickelte mit Partnern Technologien wie den Dosierer FiberXpert, der diese Folienrandschnipsel direkt nach dem Schreddern wieder dosiert und dem Extruder zuführt.

Energiesparpotenziale im Blick

Im Zeitalter der Energiewende stehen in einer Branche, in der je nach Fokus 30 bis 40 Prozent der Prozesskosten auf die Energie entfallen, Einsparmaßnahmen auf praktisch jeder Unternehmensagenda. Im Fokus stehen hier die Prozesse, deren Weiterentwicklung immer wieder Energiesparpotenziale freisetzen. Ein Beispiel sind Prozesse, in denen Abfallmaterialien direkt wieder dosiert und der Produktion zugeführt werden können, ohne dass es einen zwischengeschalteten Wiederaufbereitungsprozess gibt. Ein weiteres Beispiel sind Kohlefasern, die durch Pyrolyse aus kohlefaserverstärkten Kunststoffabfällen gewonnen werden und wiederverwendet werden können. Diese Fasern neigen zum Verklumpen, sind zusammenhängend und haben dazu noch ein sehr niedriges Schüttgewicht. Für derartige Materialien wurde der angesprochene FiberXpert entwickelt, der diese anspruchsvollen Materialien einwandfrei dosieren kann. Die Idee, die hinter dieser Entwicklung steht, ist, zusätzliche Prozess- und Energiekosten für die Aufbereitung sowie Kosten für Transport und Verwaltung zu sparen.

Aber auch auf der Steuerungsseite geht es darum, Prozesse besser abstimmen zu können, um Restmaterialien zu vermeiden. Ein Beispiel ist, die Dosierwaagen am Ende einer Charge nur soweit zu befüllen, dass so wenig nicht benötigtes Material wie möglich übrigbleibt oder Wartungsintervalle frühzeitig erkannt werden (Predictive Maintenance). Solche integrierten Prozesse sind anspruchsvoll und können hohe Anforderungen an die Steuerung stellen. Brabender Technologie ist dabei, sich den Anforderungen zu stellen und präsentiert auf der K 2019 eine OPC-UA-Schnittstelle, die der Auswertung von Prozess- und Dosierdaten beim Kunden dient. „Gerade mit Blick auf den neuen 5G-Standard im mobilen Netz können Industrien Geräte künftig viel besser im Blick behalten und Prozesse und Wartungen exakt koordinieren“, berichtet Bernhard Hüppmeier, Geschäftsentwicklung bei Brabender Technologie.

(erschienen in FLUX 1/2019)