Ein wertvoller Stoff

Viele Experten halten Kunststoff für den Werkstoff des 21. Jahrhunderts, denn auf das multifunktionale Material trifft man überall und er ist aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Doch am Ende seiner Lebenszeit landen die Kunststoffteile, wie alle anderen Materialien auch, im Müll. Unbestritten kommt es zu großen Umweltproblemen, wenn dieser Abfall nicht der organisierten Verwertung zugeführt wird. Aus diesem Grund haben die Verbände der Kunststoffindustrie aus aller Welt im Jahr 2011 die Marine-Litter-Deklaration verabschiedet. Sie umfasst eine Sechs-Punkte-Strategie für das nachhaltige Handeln der Industrie zur Vermeidung von Meeresabfällen.

Schwerpunkte sind die Zusammenarbeit im Rahmen öffentlich-privater Partnerschaften, mit Wissenschaft und Politik sowie die Verbreitung des Best-Practice-Ansatzes in der Abfallwirtschaft, der Verwertung von Kunststoffabfällen sowie der Eindämmung von Granulatverlusten in der Lieferkette. Mittlerweile sind über 140 abgeschlossene, laufende oder geplante Aktivitäten im Aktionsbündnis zusammengefasst. Die weltweiten Maßnahmen reichen von lokalen Schulungsinitiativen über globale Forschungsprojekte bis hin zu Beispielen für ökoeffizientes Abfallmanagement und die Vermeidung von Müll.

Deutschland war das erste Land, das mit der deutschen Verpackungsverordnung im Jahr 1991 Regeln für die Verwertung von Kunststoffabfällen aufgestellt und im Markt etabliert hat. Laut dem paneuropäischen Verband der Kunststofferzeuger PlasticsEurope haben sich mittlerweile viele Länder in Europa ebenfalls der Thematik angenommen und sehr erfolgreiche Konzepte zum Sammeln und Wiederverwerten entwickelt. So wurden in den 27 Ländern der EU zuzüglich der Schweiz und Norwegen im Jahr 2011 rund 47 Millionen Tonnen Kunststoffe verbraucht, hiervon 40 Prozent für kurzlebige und 60 Prozent für langlebige Anwendungen. Im gleichen Jahr wurden rund 25 Millionen Tonnen Altkunststoffe gesammelt, von denen 40 Prozent deponiert und 60 Prozent einer Wiederverwertung zugeführt wurden. Mit über 60 Prozent stammten die größten Abfallmengen aus Sammelsystemen für gebrauchte Verpackungen, gefolgt von Produkten aus der Bau-, der Automobil- und der Elektronikbranche.

Hohe Sammelquoten in Europa

Beispielhafte Sammelsysteme gibt es in den neun europäischen Ländern Schweiz, Deutschland, Österreich, Belgien, Schweden, Dänemark, Norwegen, Niederlande und Luxemburg (Aufzählung nach absteigender Quote). Hier werden Sammelquoten von 99 bis 92 Prozent erreicht. Gleichzeitig weisen sechs dieser Länder auch die höchsten Recyclingquoten in Europa auf. Hier liegen Norwegen, Schweden, Deutschland, die Niederlande, Belgien und Österreich mit Quoten von 35 bis 26 Prozent weit vorne. Die übrigen gesammelten Abfälle werden einer energetischen Verwertung zugeführt.

Erfreulicherweise hat in den vergangenen fünf Jahren nicht nur die Menge der gesammelten Abfälle stetig zugenommen, sondern auch die Recyclingrate – und das zu Lasten der Deponiemenge. Trotzdem bietet das Kunststoff-Recycling noch enorme Wachstumspotenziale, insbesondere in Ländern mit bisher nur geringen Verwertungsraten.

Abfälle werden heute kontinuierlich und nur noch zu einem geringen Teil per Hand getrennt. Moderne Verfahren nutzen dabei neben dem magnetischen und elektrostatischen Verhalten der Stoffe auch andere physikalische Eigenschaften, etwa ihre Dichte oder ihr Absorptionsvermögen von infraroter Strahlung. So lassen sich Eisenmetall, Aluminium und Buntmetalle, auch Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol sortenrein voneinander trennen.

Mittlerweile ist es gelungen, Recycling-Kunststoff ohne das so genannte Downcycling, also das Herstellen von qualitativ minderwertigen Kunststoffprodukten, herzustellen. In dem vom Recycling-Experten Interseroh, Düsseldorf, entwickelten Verfahren Recycled-Resource wird unter Einsatz hochmoderner Sortieranlagen, kombiniert mit neuester Verfahrenstechnologie, das Granulat Procyclen hergestellt. Dieser Werkstoff verfügt über eine konstant hohe Qualität, kann nach Kundenwünschen maßgeschneidert produziert werden und gilt in der Fachwelt als Neuwarensubstitut. Der Werkstoff kommt derzeit bereits bei der Herstellung von Verkaufsverpackungen, Mehrweg-Transportverpackungen und Haushaltswaren zum Einsatz.

Seit Einführung der Pfandpflicht im Jahr 2003 werden in Deutschland pfandpflichtige PET-Verpackungen beim Handel gesammelt. Dank des Pfandsystems werden 98 Prozent der PET-Flaschen zurückgebracht und das wertvolle Material wird wiederverwertet. PET lässt sich problemlos recyceln. Auch Mehrwegflaschen und Kreislaufflaschen des PET-Cycle-Systems werden zurückgenommen und wieder befüllt oder recycelt. Das Pfand auf PET-Einwegflaschen hat mit dazu geführt, dass inzwischen fast alle Flaschen recycelt werden und damit Abfall vermieden wird. So gelangt PET als hochwertiges Material zurück in den Wertstoffkreislauf. Gebrauchte PET-Flaschen sind ein gesuchter Rohstoff. Hier reicht das Spektrum der daraus hergestellten Produkte von Fasern über Folien bis hin zu neuen Flaschen.

Neue Anlagentechnik für das PET-Recycling

ProTec Polymer Processing, Bensheim, zeigte auf der letzten K neue Lösungskonzepte und Anlagentechnik für das PET-Recycling. Präsentiert wurde der OHL-Prozess, mit dem sich aus gebrauchten PET-Flaschen gewonnene und gewaschene Flakes zu rPET mit Stoffeigenschaften wie Neuware aufbereiten lassen. Im Wesentlichen nutzt dieses Bottle-to-Bottle-Recycling zwei Prozessschritte: einen kontinuierlichen Extrusionsprozess und die nachfolgende diskontinuierliche Behandlung des gewonnenen Granulats im sogenannten OHL-Taumelreaktor. Unterstützt wird dies durch davor-, dazwischen- und nachgeschaltete Hilfsprozesse mit den jeweils entsprechenden Anlagenkomponenten. Erstmals vorgestellt wurde auf der Messe eine neue, energetisch und antriebstechnisch optimierte Ausführung des Taumelreaktors. Gleichzeitig haben Neuerungen in der Prozessführung zum Ziel, den beim Aufbereiten der PET-Flakes im Extruder zwangsläufig stattfindenden Materialabbau (iV-Verlust) zu minimieren.

Der OHL-Taumelreaktor, ein beheizbarer und evakuierbarer Rotationsreaktor, ist ein wesentlicher Anlagenbaustein in dem mehrstufigen Aufbereitungsprozess. Beim PET-Recycling wird darin zum einen das Regranulat von flüchtigen Verunreinigungen befreit, zum anderen findet gleichzeitig eine Nachkondensation (Erhöhung der intrinsischen Viskosität iV) statt. Dazu wird der aus einem Doppelmantel bestehende Reaktor mit einem Wärmeträgeröl beheizt. Bei der vorgestellten konstruktiv optimierten Ausführung des Reaktors erfolgt die für die Prozessführung erforderliche Wärmeübertragung mit einem verringerten Ölvolumen, was gleichzeitig einen geringeren Energiebedarf zur Folge hat. Zusammen mit dem gewichtsmäßig insgesamt optimierten Reaktorbehälter sowie der gleichzeitigen Optimierung der Antriebs- und Steuerungstechnik konnte der Energieverbrauch für diesen Prozessschritt um rund 20 Prozent gesenkt werden.

Durch die generelle Hydrolyseanfälligkeit von PET ist Feuchtigkeit kritisch für die Aufbereitung im Extruder, weil dabei stets ein Materialabbau stattfindet. Die in Silos oder in Big-Bags bevorrateten Flakes müssen daher vor dem Eintritt in den Extruder vorgetrocknet werden. Durch eine intensivere Extruderentgasung allein lässt sich das nicht ausgleichen. Das Unternehmen hat diesen Prozessschritt jetzt mit einem zweistufigen Verfahren optimiert.

Hierbei wird dem zum Entfernen der Oberflächenfeuchtigkeit der gewaschenen Flakes meist eingesetzten Warmlufttrockner ein Somos-Trockenlufttrockner nachgeschaltet. Dieses effiziente Vortrocknen des Materials bis auf eine Restfeuchte im ppm-Bereich verringert den iV-Abbau beim Extrudieren deutlich. Und je geringer der iV-Abbau ausfällt, umso weniger muss das Material anschließend wieder mit hohem Energieaufwand nachkondensiert werden.

Somit kann auch die im OHL-Taumelreaktor erforderliche Prozessdauer verkürzt werden. Durch präzises Steuern der Parameter Temperatur, Vakuum und Zeit werden Granulate – Rezyklate oder auch Neuware – im OHL-Taumelreaktor individuell, je nach technischen Vorgaben und Anforderungen für den Einsatzzweck, auf die geforderte Qualität gebracht. So muss PET-Granulat, das wieder zur Herstellung von PET-Getränkeflaschen eingesetzt werden kann, insbesondere hinsichtlich der iV-Werte Mindestanforderungen erfüllen: Für Getränke ohne Kohlensäure sind dies iV-Werte von mindestens 0,75 dl/g, für kohlensäurehaltige Getränke iV-Werte von 0,78 bis 0,82 dl/g und für technische Anwendungen werden zum Teil noch deutlich höhere iV-Werte gefordert.

Individuelle Qualität – konstante iV-Werte

Das mit dem OHL-Verfahren gewonnene rPET hat einen Acetaldehydgehalt von ? 1ppm und insgesamt Stoffeigenschaften wie PET-Neuware. Der Non-Objection-Letter der Food and Drug Administration (FDA) bescheinigt die Unbedenklichkeit des so gewonnenen PET-Rezyklats für den direkten Lebensmittelkontakt. Durch den Batchbetrieb hat der gesamte Inhalt im Reaktor die exakt gleiche Verweilzeit, wodurch sich reproduzierbar gleichmäßige Produkteigenschaften erzielen lassen.

Einen neuen Ansatz zur PET-Aufbereitung verfolgt NGR, Feldkirchen. Gängige PET-Aufbereitungsprozesse nehmen entweder leichtes Absinken der iV-Werte in Kauf oder bedienen sich des SSP-Verfahrens (Solid State Polycondensation) zur Erhöhung des iV-Werts. Das SSP-Verfahren hält das PET in der Feststoffphase über mehrere Stunden auf hoher Temperatur und unter hohem Vakuum und bewirkt damit eine gewünschte Anhebung des iV-Werts durch Polykondensation.

Ziel des NGR-LSP-Verfahrens ist es, die höhere Reaktionsgeschwindigkeit in der Schmelzephase zu nutzen und damit Energie und Zeit in der PET-Aufbereitung zu sparen. Erfolgreiche Versuche auf einer Pilot-Anlage mit bis zu 400 kg/h Ausstoß zeigen iV-Wert-Steigerungen, welche durch entsprechende Anlagenjustierung beeinflusst werden können. Fest eingestellt bleiben die iV-Werte in den Tests über mehrere Stunden hinweg konstant. Die gute Dekontaminationsleistung ergibt sich aus der Anlagen-Bauart und wurde bereits durch Challenge-Tests dokumentiert. Getestet wurden bislang PET-Fasern und PET-Bottle-Flakes.

Tangential angekoppelter Extruder

Erema, Ansfelden, Österreich, präsentierte auf der Messe mit Intarema eine ebenfalls neue Recycling-Technologie. Die primäre Neuartigkeit steckt bereits im Namen, der sich aus Invers + Tangential + Erema zusammensetzt. Die zentrale Kerntechnologie der Anlage ist das Counter-Current-System, das seine Wirkung im Grenzbereich von Schneidverdichter und tangential angekoppeltem Extruder zeigt.

Im Schneidverdichter bildet sich durch die Rotation der mit Werkzeugen bestückten Läuferscheibe eine rotierende Trombe, sodass eine permanente Umwälzung des Materials erfolgt. Im Counter-Current-System bewegt sich diese Material-Trombe – im Gegensatz zum bisherigen technischen Standard – gegen die Transportrichtung des Extruders. Dadurch nimmt die Relativgeschwindigkeit des Materials in der Einzugszone, also im Übergang vom Schneidverdichter zum Extruder, so zu, dass die Extruderschnecke wie eine scharfe Schnittkante wirkt, die den Kunststoff nun förmlich „herausfräst“. Das Resultat dieser invers tangentialen Anordnung der neuen Anlage: Der Extruder nimmt mehr Material in kürzerer Zeit auf und ist wesentlich unabhängiger vom Vorverdichtungsgrad des Materials. Bis dato war der weltweite technische Standard ein System, bei dem sich das Material im Schneidverdichter in die Transportrichtung des Extruders drehte.

Die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte wurden für die Beschickung des Extruders genutzt und das aufbereitete warme Material somit in die Extruder-
schnecke „gestopft“. Im Unterschied dazu sorgt die invers tangentiale Anordnung nun dafür, dass die Extruderschnecke nahezu drucklos mit dem vorgewärmten Material befüllt wird.

Im Schneidverdichter wird das Aufgabematerial gepuffert und für den Extrusionsprozess optimiert vorkonditioniert. Das Material wird geschnitten, homogenisiert, erwärmt, getrocknet und vor allem verdichtet, um so den Extruders konstant beschicken zu können. Wesentlich dabei ist, dass die Temperatur im Schneidverdichter den Verdichtungsgrad des Materials beeinflusst: Je höher die Temperatur, umso höher steigt der Verdichtungsgrad des Kunststoffmaterials. Beim Counter-Current-System ist die Beschickung des Extruders aus dem Schneidverdichter signifikant weniger vom Verdichtungsgrad des Kunststoffmaterials abhängig, womit sich der Bereich für die optimale Extruderbeschickung deutlich verbreitert. Damit ist die Recycling-Anlage nicht nur flexibler in der Wahl des Betriebspunkts, sondern auch betriebssicherer. Ergebnisse von Entwicklungsversuchen mit Inhouse-Abfällen aus der LLDPE-Blasfolienproduktion mit einer Dicke von 30 µm dokumentieren den Einfluss des Systems auf die Prozessstabilität, Produktivität und Flexibilität der neuen Anlage.

Energieeeffizienz bei den Mühlen

Der Anlagenbauer Getecha, Aschaffenburg, zeigte auf der Messe in Düsseldorf eine Auswahl seiner Groß- und Zentralmühlen sowie leistungsfähige Entnahme-Systeme für die Spritzgieß-Automation. Blickfang war dabei die Großmühle RS 6012 mit ihrem 3-Messer-Rotor und drei Statormessern. Das Haupteinsatzgebiet dieser mit einem kräftigen 90-kW-Antrieb ausgestatteten Maschine ist das Zerkleinern großer Kunststoffteile. Sie nimmt es sowohl mit klebrigen Butzen aus Blasformmaschinen auf als auch mit Stanzgitterrollen, massiven Platten oder kompletten Kraftstofftanks.

Innerhalb der Produktionslogistik gewährleistet eine solche Großmühle den wirtschaftlichen Wertstoffkreislauf. Dabei passt das Unternehmen die Mühlen mit verschiedenen Rotorvarianten, Antriebsmotoren und Verschleißschutzpaketen sowie mit automatischen Zu- und Abführsystemen und der geeigneten Steuerungstechnik stets an die konkrete Anwendung an. Ebenfalls auf der K zu sehen waren die vielseitigen Trichtermühlen der neuen Baureihe RS 45000 für Stundendurchsätze von 700 bis 1.200 kg. Da ihr Antrieb nach oben versetzt und ins Gehäuse integriert wurde, bauen diese Mühlen sehr kompakt. Gleichzeitig bietet die ergonomische Geometrie ihres Trichters eine reduzierte Einwurfhöhe. Die Rotorlagerung wurde optimiert und die Rotorwelle verkürzt, was deren Belastung reduziert.Der abgeflachte Einlaufwinkel sorgt dafür, dass die Teile weniger tief ins Mahlwerk eintauchen – das reduziert die erforderliche Schneidleistung und senkt den Energieverbrauch.