Recycling-Logo neben Phiolen und einer grünen Mülltonne

Das mechanische Recycling von Kunststoffen stößt auch an Grenzen. Gerade hier bieten sich Alternativen an. Welche das sind, lesen Sie hier. (Bild: Visual Generation - stock.adobe.com)

Die Vorteile von Kunststoffen sind vielfältig: sie halten beispielsweise nicht nur Lebensmittel in Form von Verpackungen frisch, sie sorgen machen auch Mobilitätslösungen leichter, etwa bei Flugzeugen, Automobilen aber auch Fahrrädern. Die Liste könnte hier noch weiter aufgeführt werden, jedoch sind Kunststoffabfälle auch zu einer globalen Herausforderung geworden.

Der Studie „Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2021“ zufolge betrug die gesamte Kunststoff­produktion allein in Deutschland 2021 rund 21,1 Mio. t. Zur Verarbeitung zu Kunststoffprodukten wurden 14 Mio. t eingesetzt, davon rund 12 % Kunststoffrezyklate. Wiederum 99,4 % der in Deutschland gesammelten Kunststoffabfälle wurden 2021 insgesamt verwertet. Davon entfielen 1,98 Mio. t (35 %) auf die stoffliche Verwertung (34,6 % werkstofflich; 0,4 % chemisch). Knapp 65 % der Kunststoffabfälle werden weiterhin energetisch verwertet und gingen dem Stoffkreislauf damit verloren, weniger als 1 % wurde deponiert.

Ein umfassende, funktionierende und letztlich auch erfolgreiche Kreislaufwirtschaft benötigt Technologien wie das etablierte mechanische Recycling, Alternativen wie das chemische Recycling etwa ergänzen diese und müssen auch künftig in den Fokus rücken.

Wir haben uns in der Branche umgeschaut und präsentieren Ihnen eine Auswahl an Verfahren und Technologien die das Recycling im Ganzen ergänzen und bereichern können.

So kommen Altreifen zurück in den Kreislauf

Eine Frage die sich viele häufig stellen: Wohin mit Altreifen? Gebrauchte Reifen lassen sich einerseits runderneuern. Die Lauffläche des Altreifens werden dabei zunächst auf ein spezifisches Maß abgeschliffen und anschließend eine neue Lauffläche auf die Karkasse aufgebracht. Lkw-Reifen können dabei bis zu drei Mal runderneuert werden, Pkw-Reifen dürfen nur einmal runderneuert werden und die Karkasse darf nicht älter als 7 Jahre sein. Was aber, wenn die Reifen gänzlich recycelt werden sollen?

Hier bietet sich die Pyrolyse an. Dabei wird das abgetrennte Gummimaterial des Altreifens ohne Stahl- und Textilbestandteile durch hohe Temperaturen unter anaeroben Bedingungen zersetzt. Das Gummimaterial wird dabei in Form von Granulat dem Pyrolysereaktor zugeführt.

Ein Unternehmen, das sich speziell auf das Recycling von Altreifen spezialisiert hat ist Pyrum, Dillingen/Saar. Werden gebrauchte Reifen oftmals noch deponiert oder verbrannt, hat das Unternehmen ein spezielles Pyrolyseverfahren entwickelt, mit dem die Reifen wieder Teil eines Kreislaufes werden können. Dieser Pyrolyseprozess funktioniert energieautark, spart laut eigenen Angaben deutlich mehr CO2-Emissionen ein als die heute üblichen Recyclingverfahren von Altreifen – insbesondere gegenüber der Verbrennung in Zementwerken – und produziert aus den als Inputstoffen genutzten Abfällen neue Rohstoffe wie Pyrolyseöl, Gas und recyceltes Industrieruß (recovered Carbon Black - rCB). Das Pyrolyseöl und das rCB sind ISCC Plus-zertifiziert. Beide Produkte gelten somit als nachhaltig und als erneuerbare Rohstoffe. Wie nachhaltig das Verfahren ist, wurde auch vom Fraunhofer-Institut bestätigt:

Flüssigkeit wird in eine Phiole geschüttet
Chemisches Recycling ist ein wichtiges Verfahren für die Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffindustrie. (Bild: Fulvio Ciccolo - Unsplash)

Wieviel CO₂ wird bei der Pyrolyse von Altreifen eingespart?

Pyrum hat im Rahmen eines „Life Cycle Assessments“ (LCA, Öko Bilanz) des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht), Oberhausen, zum ersten Mal die CO2-Einsparungen ihres Pyrolyseverfahrens ermitteln lassen. Die Ergebnisse belegen, dass das Pyrum-Verfahren im Vergleich zur Nutzung fossiler Rohstoffe 747 kg CO2-Äquivalent pro Tonne Altreifen einspart. Wird die Verwendung der produzierten Abwärme mit einbezogen, wie es Pyrum bereits umsetzt, werden sogar 965 kg CO2-Äquivalent pro Tonne Altreifen eingespart. Mehr dazu lesen Sie hier.

Das Unternehmen kooperiert bereits mit verschiedenen Akteuren entlang der Wertschöpfungskette. So unter anderem mit dem Automobilbauer BMW, den Reifenhersteller Continental, dem Recyclingunternehmen Eldan Recycling oder auch Siemens. Gemeinsam soll die Technologie für ein breiteres Anwendungsfeld skaliert werden. Fernab der üblichen KFZ-Reifen rücken vermehrt auch Fahrradreifen in den Fokus. So kooperieren Pyrum und der Reifenhersteller Ralf Bohle, Reichshof, mit der Marke Schwalbe und haben in diesem Rahmen auch ein neues Recyclingsystem für gebrauchte Fahrradreifen vorgestellt.

Um das Verwerten von Fahrradreifen dreht es sich auch bei der TH Köln: Im einem Forschungsprojekt arbeitet das Bildungsinstitut gemeinsam mit Partnern an einem Verfahren für das rohstoffliche Recycling von Fahrrad-Altreifen.

 

Kunststoffrecycling: Der große Überblick

Mann mit Kreislaufsymbol auf dem T-Shirt
(Bild: Bits and Splits - stock.adobe.com)

Sie wollen alles zum Thema Kunststoffrecycling wissen? Klar ist, Nachhaltigkeit hört nicht beim eigentlichen Produkt auf: Es gilt Produkte entsprechend ihrer Materialausprägung wiederzuverwerten und Kreisläufe zu schließen. Doch welche Verfahren beim Recycling von Kunststoffen sind überhaupt im Einsatz? Gibt es Grenzen bei der Wiederverwertung? Und was ist eigentlich Down- und Upcycling? Alles was man dazu wissen sollte, erfahren Sie hier.

Zusammengepresste PET-Flaschen
PET-Flaschen wie diese lassen sich mithilfe des enzymatischen Recycling wiederverwerten. (Bild: alterfalter - fotolia)

Was wird unter dem enzymatischen Recycling verstanden?

Beim enzymatische Recycling kombiniert das französischen Unternehmens Carbios, Clermont-Limagne, Enzymologie und Kunststoffverarbeitung. Das Verfahren zielt auf das Zersetzen von Kunststoffen durch Enzyme ab, sodass Kunststoffabfälle unendlich oft recycelt werden können. Forscher des Unternehmens haben auf einer Mülldeponie zahlreiche Mikroorganismen untersucht und Enzyme entdeckt, die Enzyme zum Abbau von PET entwickelt haben. Die Technologie arbeitet mit relativ milden Reaktionsbedingungen hinsichtlich Druck und Temperatur. Carbios arbeitet in diesem Bereich auch mit Novozymes zusammen. Die Kooperation soll die langfristige Produktion und Lieferung von Carbios-eigenen PET-abbauenden Enzymen im industriellen Maßstab für die weltweit erste biologische PET-Recyclinganlage, die 2025 in Longlaville (Frankreich) in Betrieb gehen soll, sichern.  

Greifer halten ein gebogenes Kunststoffteil
An der Universität Konstanz wurde ein Verfahren für das chemische Recycling von polyethylenartigen Kunststoffen entwickelt. (Bild: AG Mecking, Universität Konstanz)

Was bietet das Closed-Loop-Recycling von polyethylenartigen Materialien für Vorteile?

Chemiker der Universität Konstanz um Prof. Dr. Stefan Mecking haben ein energiesparendes Verfahren für das chemische Recycling von polyethylenartigen Kunststoffen entwickelt. Die Technologie verwendet die „Sollbruchstellen“ auf molekularer Ebene, um die Polymerketten des Polyethylens aufzutrennen und in ihre molekularen Grundbausteine zu zerlegen. Die kristalline Struktur sowie die Materialeigenschaften bleiben unbeeinflusst. Die Forscher sehen diese Klasse von Kunststoffen als gut geeignet für den 3D-Druck. Das neue Verfahren arbeitet bei lediglich rund 120 °C, ist deutlich energiesparender als etablierte Methoden und besitzt eine Rückgewinnungsquote von rund 96 % des Ausgangsstoffes. Die Versuche wurden an Polyethylen auf Pflanzenölbasis durchgeführt. Die Chemiker zeigten auch das chemische Recycling von Gemischen aus anderen typischen Kunststoffabfällen. Die Eigenschaften der hier gewonnenen Materialien sind denen der Ausgangsmaterialien ebenbürtig. Die Forschungsergebnisse wurden am 17. Februar 2021 im Wissenschaftsjournal Nature veröffentlicht.

Prozesskette des Recyclingverfahrens Chemcycling
Schematischer Kreislauf der Prozesskette beim Chemcycling der BASF. (Bild: BASF)

Welchen Ansatz die BASF mit Chemcycling verfolgt

Die BASF, Ludwigshafen, hat das Chemcycling-Projekt ins Leben gerufen, um mit Partnern entlang der Wertschöpfungskette im industriellen Maßstab hochwertige Produkte aus chemisch recycelten Kunststoffabfällen herzustellen. In dem thermomechanischen Prozess der Pyrolyse werden Kunststoffabfälle in Pyrolyseöl umgewandelt. Dieses wird bei der BASF ins Produktionsnetzwerk eingespeist und dadurch fossile Rohstoffe eingespart. Das Pyrolyseöl ähnelt der Raffineriefraktion Naphta und kann als Cracker-Feedstock in die Synthese von Chemikalien und Monomeren einfließen. Mehr zum Chemcycling, lesen Sie in diesem Artikel. Die hergestellten Produkte besitzen genau die gleichen Eigenschaften wie Erzeugnisse aus fossilen Rohstoffen.

Icycle-Demonstrator mitsamt Reaktor
Der I-Cycle-Demonstrator am Standort Sulzbach-Rosenberg. (Bild: Fraunhofer Umsicht)

So werden Kunststoffe und organische Bestandteile in sauerstofffreier Umgebung thermisch zersetzt

Das Fraunhofer Umsicht, Sulzbach-Rosenberg, arbeitet ebenfalls mit der Pyrolyseverfahren. Die Forscher haben für den Betrieb der Anlage neuartige Wärmetauschertechnologien entwickelt, die eine hohe Energieeffizienz sowie eine sehr gute Wärmeübertragung auf das eingebrachte Material ermöglichen. Der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten liegt auf problematischen, stark verunreinigten oder schadstoffbelasteten Kunststoffen und schwer recyclierbaren Verbundmaterialien sowie dem Aufbereiten und Reinigen von Pyrolyseölen. Anwendung findet die Icycle-Technologie beispielsweise beim Wiederverwerten von gebrauchten medizinischen Einwegmasken, wie Sie hier nachlesen können.

Pyrolyseanlage in Burgkirchen
Up-Cycling-Anlage in Burgkirchen. (Bild: 3M)

Fluorpolymere recyceln? So klappt's

Die 3M Tochter Dyneon, Burgkirchen, bezeichnet den Pyrolyseprozess von Fluorpolymeren als Upcycling-Prozess. Im März 2015 hat das Unternehmen die weltweit erste Pilotanlage zum Recycling von vollfluorierten Polymeren in Burgkirchen im Chemiepark Gendorf eröffnet und damit einen Meilenstein hin zu einer nachhaltigen Produktion in geschlossenen Fluorpolymer-Kreisläufen realisiert. Die Up-Cycling-Anlage ist darauf ausgelegt, bis zu 1.000 t Fluorpolymerabfall pro Jahr aufzubereiten.

Raffinerie von OMV in Schwechat
In der Raffinerie Schwechat in Österreich ist seit 2018 die Re Oil-Pilotanlage in Betrieb, die pro Stunde 100 kg Altkunststoffe zu 100 l synthetischen Rohstoffen verarbeiten kann. (Bild: OMV)

OMV Reoil: Kunststoffabfälle zu synthetischem Rohöl recyceln

OMV, Schwechat, widmet sich im Projekt Reoil ebenfalls dem chemischen Recycling von Kunststoffen. In der Pilotanlage der Raffinerie in Österreich werden die Kunststoffabfälle zu synthetischem Rohöl recycelt, indem sie verdampft und durch chemische Prozesse wieder zu kleineren Ketten zusammengeführt werden. An diesem Industriestandort, der einer der größten Kunststoff-Produktionsstandorte Europas ist, sitzt Borealis, die mit petrochemischen Rohstoffen beliefert wird. Die beiden Unternehmen wollen gemeinsam das chemische Recycling von Post-Consumer-Kunststoffen voranbringen. Die Verarbeitungskapazität der Pilotanlage liegt bei 100 kg/h was 100 l synthetischem Rohöl entspricht. Dieses wird im Sinne der Kreislaufwirtschaft entweder zu Rohmaterial für die Kunststoffindustrie oder zu Kraftstoff weiterverarbeitet.

Im Jahr 2022 hatte OMV gemeinsam mit Alba den bau einer hochmodernen Sortieranlage in Deutschland verkündet. Diese soll die dafür benötigten Altkunststoffe liefern. Mehr zur Anlage und den Plänen lesen Sie hier.

Geschredderte Kunststoffe auf einem Haufen
Geschredderter Kunststoffabfall (Bild: Fraunhofer IVV)

Wie Kunststoffe mit dem Creasolv-Prozess lösemittelbasiert wiedergewonnen werden

Das Fraunhofer IVV, Freising, hat den dreistufigen Creasolv-Prozess entwickelt. Die Wahl des geeigneten Lösemittels bestimmt, welches Polymer aus dem geschredderten Kunststoffabfall gelöst und wiederverwertet werden soll. Um eine hohe Reinheit zu erzielen, wird die erhaltene Lösung weiter aufgereinigt. Im dritten Schritt wird der isolierte Kunststoff ausgefällt und beispielsweise zu Granulat verarbeitet. In Reinheit und Qualität entspricht der zurückgewonnene Kunststoff Neuware. Dies ist wichtig für eine reale Kreislaufwirtschaft. Eine industrielle Pilotanlage ist in Betrieb. In diesem Zusammenhang wurde auch das Projekt „Circular Packaging“ vom Fraunhofer-Institut gestartet.

Leitungen im Umfeld chemischer Prozesstechnik
Mit dem Resolve-Verfahren werden Polystyrol-Abfälle chemisch recycelt. (Bild: IKV)

Was steckt hinter dem Resolve-Verfahren?

Das Resolve-Verfahren (chemisches Recycling von Polystyrol) wird von Ineos Styrolution, Frankfurt, Neue Materialien Bayreuth, Bayreuth, dem Institut für Aufbereitung und Recycling (I.A.R.) und dem Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen, Aachen, in einem vom BMBF geförderten Projekt entwickelt. In dem Projekt dienen Verpackungsabfälle aus dem Gelben Sack als Ausgangsware. Über Reinigungs-, Sortier- und Zerkleinerungsprozesse werden daraus sortenreine Polystyrol-Flakes gewonnen. In einem Doppelschneckenextruder erfolgt daraufhin die thermische Degradation des Polystyrols in ein Kondensat aus Monomeren und Oligomeren sowie flüchtige Spaltprodukte. Nach fraktionierender Destillation der Styrolmonomere aus dem Kondensat wurden diese zum Herstellen von neuem PS wiedereingesetzt.

Verpackung für Suppenbrühe mit offenem Deckel
Verpackungen wie diese lassen sich mit geeigneten Verfahren wieder in den Wertstoffkreislauf zurückführen. (Bild: Knorr)

Was ist die Thermal Anaerobic Conversion-Technologie?

Plastic Energy, London, Großbritannien, verwendet die patentierte Thermal Anaerobic Conversion (TAC)-Technologie zum Umwandeln von Altkunststoffen. Unter Ausschluss von Sauerstoff werden LDPE, HDPE, PS und PP erhitzt, geschmolzen bis die Polymermoleküle zu einem reichhaltigen gesättigten Kohlenwasserstoffdampf zerfallen. Die kondensierbaren Gase werden in Kohlenwasserstoffprodukte umgewandelt, während die nicht kondensierbaren Gase separat gesammelt und verbrannt werden. Der entstehende Kohlenwasserstoffdampf wird nach Molekulargewichten in Rohdiesel, Leichtöl und synthetische Gaskomponenten getrennt. Naphta und Diesel werden gelagert und an die petrochemische Industrie verkauft, die sie wieder in neuen Kunststoff umwandelt.

Zum Beispiel führt Sabic das Pyrolyseöl seiner Produktionskette zu und stellt daraus unter anderem PP-Produkte für sein Trucircle-Sortiment her. Das hergestellte PP-Polymer ist unter dem International Sustainability and Carbon Certification (ISCC PLUS) Schema, welches einen Massenbilanzansatz verwendet, zertifiziert und bestätigt.

Industrieller Anlagenkomplex
Die Lösemittelrückgewinnung ist ein wichtiger Schritt des Newcycling Prozesses. (Bild: APK)

Diese Recyclingtechnologie knöpft sich Mehrschichtverpackungen vor

APK, Merseburg, hat die lösemittelbasierte Newcycling-Technologie entwickelt, mit der aus zerkleinerten, gemischten Kunststoffabfällen und Mehrschichtverpackungen sortenreine Kunststoffe herausgelöst werden. Auch hier werden die Polymerketten sortenrein gelöst und nach Wiedergewinnung des Lösemittels granuliert. Die Eigenschaften der gewonnenen Kunststoffe sind ähnlich Neuware. Die vorindustrielle Pilotanlage wurde in eine Industrieanlage hochskaliert, die pro Jahr circa 8.000 t Newcycling-Rezyklat herstellen kann. Wie das lösemittelbasierte Kunststoffrecycling funktioniert und weitere Hintergründe, erfahren Sie in diesem Artikel.

Karaffe mit Öl in Kunststoffabfall
Das mit dem Verfahren gewonnene Öl steht in Neuware-Qualität zur Verfügung und kann wie fossile Rohstoffe von der Kunststoffindustrie zur Herstellung unterschiedlichster Kunststoffgranulate eingesetzt werden. (Bild: Recenso)

Was steckt hinter der Catalytischen Tribochemischen Conversion?

Carboliq, Remscheid, ein Tochterunternehmen von Recenso, Remscheid, hat die Catalytische Tribochemische Conversion (CTC), ein einstufiges Verfahren zum Verflüssigen fester Kohlenwasserstoffe, entwickelt. Bei dem Verfahren werden thermische, katalytische und mechanochemische (tribochemische) Mechanismen kombiniert. Ein Standardmodul kann bis zu 400 l gemischte Kunststoffabfälle pro Stunde umwandeln. Die benötigte Prozessenergie wird durch Reibung erzeugt. Der CTC-Prozess findet bei Atmosphärendruck und einer Temperatur unter 400 °C statt. Die Ölausbeute ist hoch, die Menge an entstehenden Gasen eher gering. Prozessrückstände werden extern thermisch verwertet. Das entstehende Öl ist gemäß REACH als Produkt registriert, sodass der End-of-Line-Waste-Status abgesichert ist und das Produktöl in Anlagen, die nicht dem Abfallregime unterliegen, verarbeitet werden kann. Eine Pilotanlage ist auf dem Gelände des Entsorgungszentrums in Ennigerloh in Betrieb. Unternehmen wie Südpack investieren in diese Technologie.

Wastx Plastic Technologie in einem Container
Die modulare Wastx Plastic Technologie der Biofabrik transformiert Kunststoffabfälle in Recyclingöl, das als Basis für recycelte Kunststoffe in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt wird. (Bild: Biofabrik)

Wastx Plastic: Modular Rohöl gewinnen

Biofabrik Technologies, Dresden, hat das modulare Wastx Plastic System entwickelt, durch das Kunststoffabfälle denzentral unter Ausschluss von Sauerstoff in synthetisches Rohöl umgesetzt werden. Dieses Öl dient als Basis für Rezyklate. Laut Hersteller wird aus 1 kg Plastikmüll 1 kg Recyclingöl. Jede WastX Plastic verarbeitet bis zu 2.400 kg Polyolefine pro Tag und Modul.

Mann in rotem Overall vor einem Haufen Kunststoffabfall
(Bild: Recycling Technologies)

Diese Technologie verwertet gemischte Kunststoffabfälle

Am Ende des Depolymerisationsprozesses von Recycling Technologies, Swindon, Großbritannien, steht das schwefelarme Kohlenwasserstoffprodukt namens Plaxx. Plaxx kann als Ausgangsmaterial für das Herstellen neuer Polymere und Wachse verwendet werden, wodurch Rohstoffe aus fossilen Brennstoffen ersetzt und Kunststoffe in die Kreislaufwirtschaft überführt werden. Diese Technologie bietet eine Alternative zum Deponieren und Verbrennen von Restkunststoffen und steigert die Recyclingrate für gemischte Kunststoffe von 30 %, die mit der bestehenden mechanischen Aufbereitung erreicht wird, auf 90 % mit diesen Technologien in Kombination. Unter anderem arbeitet das Unternehmen mit Neste und dem Konsumgüter-Konzern Unilever zusammen, um die Wiederverwendung von Kunststoffverpackungen weiterzuentwickeln.

Ein Mann hält einen Behälter mit Öl in der Hand
(Bild: Covestro)

Was ist unter dem Covestro-Chemolyse-Verfahren zu verstehen?

Das von Covestro, Leverkusen, entwickelte Verfahren Covestro-Chemolyse ermöglicht die Rückgewinnung der beiden Hauptkomponenten von Polyurethan. Neben dem Polyol kann auch das Vorprodukt des Isocyanats zurückgewonnen werden. Der Rohstoffhersteller betreibt eine Pilotanlage für das stoffliche Recycling von Weichschaum. Mit dieser sollen die positiven Laborergebnisse verifiziert und Produkte sowie Anwendungen im kleinen Industriemaßstab entwickelt werden. Ziel ist es, mit chemischen Recyclingprozessen den Wertstoffkreislauf von Post-Consumer-Weichschaumstoffen zu schließen, indem hochreines, hochwertiges Recycling-Polyol und Toluol-Diamin (TDA) zurückgewonnen werden. TDA soll zu Toluol-Diisocyanat (TDI) weiterverarbeitet werden.

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