Voraussetzung für das PET-Recyceln ist der Zugriff auf einen gesicherten Stoffstrom. Dessen Qualität entscheidet über den Aufwand der Flake-Reinigung, der Schmelze-Filtrierung und der Produkt-Qualität. Reinigungszyklen und Anlagenverfügbarkeit bestimmen die rPET-Kosten (recyceltes PET) pro kg. Die Einführung von Wertstoff-Sammelsystemen seit Ende der 80er Jahre hat den Stoffkreislauf zunehmend definiert und die PET-Qualität auf einem hohen Niveau gehalten.
Der Markt macht Druck
Aufgrund der marktwirtschaftlichen Gegebenheiten evaluieren die Verarbeiter regelmäßig die Wirtschaftlichkeit ihrer Recycling-Prozesse. Grundsätzlich stellt sich ihnen die Frage, bis zu welchem Kostenaufwand das Recyceln des populären Kunststoffes als Rohstoff noch lohnt und welche Faktoren sie überhaupt beeinflussen können. Die variablen Kosten, wie zum Beispiel Betriebs-, Abfall-, Instandhaltungs- sowie auch Lohnkosten machen den Hauptanteil aus. Weiterhin spielt der aktuelle Marktpreis für Flaschenballen oder -Flake-Ware eine wichtige Rolle. Dieser Preis wird durch PET-Neuware, Produkt-Qualität und der Mengenverfügbarkeit von Ballenware vorgegeben.
Die Recycler können nur einen Gewinn erwirtschaften, wenn sie mit ihren Kosten den am Markt hewrrschenden Preis für rPET unterbieten. Ihr Fokus liegt somit auf den variablen Betriebskosten, die sie vor Ort direkt beeinflussen können. Steigende Strom-, Wasser- und Entsorgungspreise zwingen die Anlagenbetreiber alle Verbraucher in der gesamten Prozesskette unter die Lupe zu nehmen.
Energieverbrauch genau gemessen
Das Süddeutsche Kunststoff Zentrum Würzburg (SKZ) hat den Stromverbrauch an einer Extrusions-Linie im laufenden, stationären Prozess unter alltäglichen Betriebsbedingungen gemessen und ausgewertet. Der untersuchte Teil der PET-Recycling Anlage bestand aus:
- Ringextruder RE5 XPV,
- Materialvortrocknung und Dosierung mit Metallabscheider,
- Vakuumentgasung mit temperierter und isolierter Medienleitung,
- Schmelze-Pumpe,
- Schmelzefilter mit Siebwechsler,
- Unterwasser-Granulierung,
- Wasserabscheidung und
- Kristallisator.
Der größte Teil der gesamten Stromaufnahme der Anlage geht in den Hauptantrieb des Extruder-Motors. Deshalb liegt das Augenmerk auf dem Antriebsstrang vom Motor über das Getriebe bis zum Verfahrens-Teil. Dabei ist die Bestimmung des optimalen Betriebspunktes für die Motorenstromaufnahme von großer Bedeutung.
Innerhalb des Verfahrensteils geht ein hoher Anteil der Energie in das Aufschmelzen des Materials. Die Auslegung der Aufschmelzzone ist sowohl relevant für die Höhe des Energieeintrags als auch die Produktqualität. Die gesamte Verfahrenslänge und insbesondere die Aufschmelz-Zone im Ringextruder kann wegen der geometrischen Gegebenheiten sehr kurz gestaltet werden.
Funktionsprinzip
Im Ringextruder sind zwölf ortsfeste Schnecken-Wellen koaxial im Kreis angeordnet, die mit identischer Drehzahl ortsfest um ihre eigene Mittelachse rotieren. Alle Wellen-Mittelpunkte haben denselben Achsabstand und greifen dichtkämmend ineinander. Die Kombination von zwölf Schnecken erhöht die Anzahl der Schnecken-Eingriffe, was sich deutlich auf die Strömungsvorgänge auswirkt. Der erhöhte Dehnströmungsanteil in den Eingriffsbereichen führt zu einer verbesserten Misch- und Dispergier-Wirkung, wodurch schonendere Schnecken-Geometrien möglich sind. Folglich kann der Recycler sehr gute Extrudat-Qualitäten bei deutlich niedrigeren Masse-Temperaturen produzieren. Das hohe Drehmoment-Niveau garantiert ein sehr gutes Durchsatz/Drehzahl-Verhältnis und senkt dabei die Masse-Temperaturen. Das spart Energie und folglich Produktionskosten je Kilogramm.
Die Schnecken sind mit dichtkämmenden, „selbstreinigenden“ Profilen ausgestattet und in allen Variationen verfügbar. Bei jeder Schnecke sind zwei Nachbarschnecken gleichzeitig im Eingriff, wodurch sich die Oberfläche bei jeder Umdrehung zweifach abstreift. Diese Selbstreinigung schont das Produkt und es wird weniger Material abgebaut (iV-drop). Das SKZ hat ein Potenzial für zusätzliche Isolierungen oder Möglichkeiten der Wärmerückgewinnungen ermittelt. Der Ringextruder läuft im Dauerbetrieb nahezu adiabat, wodurch der Betreiber auf eine Verfahrens-Teilkühlung verzichten kann.
KOSTENEFFIZIENZ
Ringextruder für PET-Recycling
Für das Recyclen von PET setzen die Betreiber von Wiederaufbereitungsanlagen große Ringextruder ein. Mit Durchsätzen von bis zu mehreren Tonnen alten PET-Flaschen sorgen sie für den Abbau riesiger Abfallberge. Jedoch ist für das Recyceln der Zugriff auf einen gesicherten Stoffstrom nötig. Dessen Qualität entscheidet über den Aufwand der Flake-Reinigung, der Schmelze-Filtrierung und der Produkt-Qualität. Reinigungszyklen und Anlagenverfügbarkeit bestimmen den rPET-Preis (recyceltes PET) pro kg. Die Anlagenbetreiber können nur einen Gewinn erwirtschaften, wenn sie mit ihren Kosten den am Markt herrschenden Preis für rPET unterbieten. Steigende Energiekosten bestimmen die variablen Betriebsausgaben und erfordern möglicherweise eine Optimierung der Aufbereitungs-Anlage.
