Die Redaktion der Fachzeitschrift Kunststoffe und des Fachportals startet mit einer veränderten Teamaufstellung ins Jahr 2021.

Ins Jahr 2021 startet die Redaktion Kunststoffe mit veränderter Teamaufstellung. Als neue Chefredakteurin  habe ich die Ehre, Sie ab sofort an dieser Stelle öfter  begrüßen zu dürfen. In den vergangenen sechs Jahren war ich – ebenfalls beim Carl Hanser Verlag – für die FORM+Werkzeug verantwortlich. Ich habe in dieser Zeit eine enge Bindung zur Werkzeug- und Formenbaubranche aufgebaut, in der sowohl die Welt der Metallverarbeitung als auch die Kunststoffseite eine große Rolle spielt. Beim Besuch der Kunststoffmessen war ich schnell fasziniert davon, was Kunststoff alles sein kann: Hightech, Funktionselement, Leichtbauwerkstoff oder Designobjekt. Ich freue mich darauf, in diese Materie nun noch tiefer einzutauchen. Bisher endete meine Berichterstattung meist an dem Punkt, an dem das fertige Teil aus der Form fällt. In  Zukunft wird sich das Repertoire deutlich erweitern.

Was sich jetzt ändert? Für Sie als Leser bleibt es dabei:  Wir werden weiterhin die großartige Welt der Kunststoffe  beschreiben. Mit vielen exklusiven Beiträgen und inhaltlicher Tiefe. Für mich persönlich steht jetzt die Einarbeitung an. Ich möchte möglichst schnell Kontakt aufnehmen zu „meiner neuen Kunststoffwelt“ und hoffe darauf, dass nach ersten  Telefonaten und Videokonferenzen möglichst bald wieder  Reisen und persönliche Treffen möglich sind. Was mir meinen Start sehr erleichtert, ist ein kompetentes Team, das mich  in jeder Hinsicht unterstützt. Denn wie hat es schon Michael  Jordan so schön auf den Punkt gebracht: „Talent gewinnt  Spiele, aber Teamwork und Intelligenz gewinnen Meisterschaften.”

<a href="mailto:susanne.schroeder@hanser.de">Susanne Schröder</a>

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Editorial Susanne

Schröder, Susanne

Für innovative Projekte den passenden Fördertopf finden

Graf setzt auf Recycling und einen Spezialisten für Förderanträge

Die Otto Graf GmbH ist in vielen Segmenten der Wasserbewirtschaftung Marktführer. Das erreicht das badische Unternehmen vor allem durch Innovationen im Recycling von Kunststoffen. Ein wichtiger Partner ist in diesem Zusammenhang das Beratungsunternehmen PFIF, das es versteht, Förderprogramme und Neuerungen zusammenzubringen.

Jörg Drägert befasst sich sein Berufsleben lang mit Kunststoff. Lange hatte es der 56-jährige Betriebswirt vor allem mit dem Vertrieb und der Distribution des Rohstoffs zu tun. Seit 2006 arbeitet er bei der Otto Graf GmbH als Leiter des Rohstoffmanagements. In dieser Zeit hat er sich zum Recycling-Fan gewandelt und schrittweise viele Kompetenzen angeeignet, damit er Antworten auf die schwierige und immer wichtiger werdende Frage findet: Geht das nicht auch mit einem Sekundär-Rohstoff? Das Unternehmen aus dem badischen Teningen ist mit seinen Lösungen für das Wassermanagement in vielen Segmenten Marktführer und vertreibt seine Produkte weltweit. „Der Einsatz von Rezyklaten ist wesentlicher Bestandteil unserer Strategie einer ressourcenschonenden Produktion“, sagt Inhaber und Geschäftsführer Otto P. Graf. Während Graf vor zehn Jahren noch mehr als 50 % Neuware verarbeitete, sind es heute lediglich 30 %. Kontinuierliche Innovation im Rohstoffmanagement trug wesentlich dazu bei, dass das Unternehmen in den vergangenen zehn Jahren Umsatz und Anzahl der Mitarbeiter verdoppeln konnte – auf aktuell 600 Mitarbeiter und mehr als 120 Mio. EUR Umsatz.

Der Mittelständler wächst zudem aufgrund spezieller Prozesse und Maschinen wie etwa einem der weltweit größten Spritzprägewerkzeuge, mit denen er Regenwassertanks herstellt (Bild 1). Die Tanks der daraus resultierenden Carat Serie bestehen aus zwei Halbschalen, die mittels einer Dichtung erst an der Baustelle zusammengesetzt werden. Zum Transport werden die Schalen ineinander gestapelt. Im Vergleich zu handelsüblichen Tanks passt so achtmal mehr Volumen auf  einen Lkw oder in einen Seefrachtcontainer. Diese Logistikoptimierung trug entscheidend zur Internationalisierung von Graf bei, denn das Unternehmen kann seine Produkte selbst in entfernten Absatzmärkten noch zu marktfähigen Preisen anbieten.

Versuche mit viel Manpower, Material und Maschinenzeit

Darüber hinaus fertigen die Teninger spezielle Materialkompositionen unter Einsatz von Recyclingmaterial für ihre Prozesse und Produkte. Ein Beispiel sind geschäumte Platten, die aufgrund ihres geringen Gewichts vor allem für Betonverschalungen oder im Gerüstbau eingesetzt werden. Klassisch werden sie im Spritzgieß- oder Extrusionsverfahren neu produziert. Gemeinsam mit einem Dresdner Unternehmen fand Graf Anfang des Jahres einen Weg, diese Schaumplatten aus Recyclingmaterial herzustellen. Da Glasfasergelege mitverschweißt werden, sind diese Platten steif wie Aluminium. „Das wirtschaftliche Risiko derartiger Entwicklungen ist natürlich sehr groß“, sagt Drägert, denn viel Manpower, Material und Maschinenzeit werde eingesetzt, um nach vielen Versuchen eventuell doch zu scheitern.

Eine Möglichkeit, das technische und finanzielle Risiko zu verringern, sind Fördergelder von Land, Bund oder EU. Doch auch wenn Graf es als mittelständisches Unternehmen mit einem größeren Innovationsprojekt pro Jahr auf eine beachtliche Quote bringt: „Wir sind Kunststoff-Spezialisten und wollen uns nicht intensiv mit dieser bürokratischen und komplexen Materie beschäftigen, sondern uns auf die Entwicklung innovativer Produkte für unsere Kunden konzentrieren“, sagt Graf: „Wir benötigen einen Förderversteher auf Augenhöhe.“ Den haben die Badener seit mehr als 15 Jahren mit der Partner für Innovation und Förderung GmbH & Co. KG (PFIF) im benachbarten Lahr gefunden. Über diesen Dienstleister bekam das Unternehmen allein für das Projekt mit geschäumten Platten 114 000 EUR aus einem Fördertopf des Bundeswirtschaftsministeriums.

Fördergelder für bereits mehr als  zehn Projekte bewilligt

„Ich kann mich nicht erinnern, dass wir während unserer Zusammenarbeit für  eines der mehr als zehn beantragten  Projekte keine Fördergelder bekommen hätten“, überlegt Drägert. Ein Grund dafür ist der regelmäßige Austausch zwischen den beiden Unternehmen. Mindestens alle zwei Monate sitzt Drägert mit seinem Ansprechpartner Hendrik Elsenheimer zusammen (Bild 2). Der 40-jährige Seniorberater hat in seinem Ingenieurstudium das Thema Kunststoff zwar nur gestreift, sich aber peu à peu in die Aufarbeitung und Wiederverwertung eingearbeitet.

Erzählt Drägert von anstehenden Projekten, geht Elsenheimer gedanklich mögliche Fördertöpfe durch – allein der Bund bietet jährlich mehr als 100 neue Fördermöglichkeiten an. „Das sind Punktlandungen, wie unsere Entwicklung und ein Förderprogramm matchen“, bestätigt der Rohstoffmanager anerkennend. Trotz der vielen Möglichkeiten findet sich nicht für jedes Projekt eine Förderung. Auch ein „Passt nicht“ von dem Lahrer Ingenieur schätzt er, denn so werden weder Zeit noch Energie unnötig in wenig aussichtsreiche oder gar chancenlose Förderanträge investiert.

Neben dieser Matching-Erfahrung ist es genauso wichtig, dass der Förderspezialist das Neuprojekt und die Marktchancen für die Gutachter in die richtigen Worte übersetzen kann. „Es entwickelt sich ein Vertrauensverhältnis zwischen den Kunden und unseren beratenden Mitarbeitern“, stellt Michael Zahm fest,  einer der drei PFIF-Geschäftsführer, gerade weil sein Unternehmen aktive Firmen als strategischer Partner langfristig, teilweise seit Firmengründung vor 21 Jahren begleitet.

Kompetenzzentrum Rohstoffe soll  Rezyklatanteil erheblich steigern

Ein weiteres Ergebnis der Zusammenarbeit hat eine Gebäudefläche von 24 000 m2 und ist mit seiner unternehmenstypisch roten Fassade sowie zwölf 30 Meter hohen Silos von weitem im badischen Herbolzheim sichtbar – das Graf Kompetenzzentrum Rohstoffe (Bild 3). „Wir wollen den Anteil an Rezyklat, das wir aus unterschiedlichen Reststoff- und Abfallsammlungen gewinnen, mittelfristig auf 85 % steigern“, erzählt Drägert. Je intensiver der Mittelständler im Kreislauf wirtschaftet, desto größer werden Nachhaltigkeit, Unabhängigkeit und betriebswirtschaftlicher Vorteil.

Deshalb stellt er ein Kunststoffrezyklat her, das die Qualität von Primärkunststoffen erreicht. Dadurch werden künftig jährlich über 100 000 Tonnen CO2-Emissionen vermieden, das entspricht den Emissionen von über 60 000 Pkw. Das Rohstoffwerk verknüpft mehrere komplexe Prozessschritte mit neuen Anlagetechnologien zu einer gesamtheitlichen neuartigen Prozesskette. Diese zukunftsweisende Technologie macht das Werk weltweit einzigartig.

Mit mehr als 35 Mio. EUR ist das Kompetenzzentrum die größte Investition des Familienunternehmens – immerhin knapp ein Drittel des Jahresumsatzes und zudem die dritte Großinvestition innerhalb der letzten Dekade. Die Entscheidung für den Bau fiel der Geschäftsführung etwas leichter, weil durch PFIF mehr als 8 Mio. EUR an Fördergeldern über das Umweltinnovationsprogramm des Bundesumweltministeriums gewonnen werden konnten. „Das ist die höchste Fördersumme, die bisher für Projekte im Umweltschutz innerhalb dieses Programms gezahlt wurde“, sagt Elsenheimer mit  einem gewissen Stolz.

Otto P. Graf und Otto F. Graf (von links) haben das Unternehmen zu einem Marktführer der Wasserbewirtschaftung entwickelt. Mit 600 Mitarbeitern setzt der Mittelständler 120 Mio. EUR um

Bild 1. Ein Carat Tank von Graf, der in zwei Hälften transportiert und vor Ort zusammengesetzt wird. Mit dem Komplettpaket zur Regenwassernutzung können Nutzer bis zu 50 % Trinkwasser und Niederschlagswassergebühren sparen

Bild 2. Jörg Drägert (links), Leiter des Rohstoffmanagements bei Graf,  und sein Ansprechpartner von PFIF, Hendrik Elsenheimer, sitzen regelmäßig zusammen

Bild 3. Schon von weitem gut sichtbar: das Graf Kompetenzzentrum Rohstoffe. Dort will das Teninger Unternehmen die Rezyklatrate auf 85 % bringen

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Jens Gieseler ist freier Journalist in Tübingen; <a href="mailto:jg@jens-gieseler.de">jg@jens-gieseler.de</a>

Die Otto Graf GmbH Kunststofferzeugnisse entwickelt, produziert und vertreibt eine umfassende Produktpalette rund um die Wasserbewirtschaftung und ist Marktführer in vielen Produktsegmenten. Im vergangenen Jahr setzte das badische Unternehmen mehr als 120 Mio. EUR um. Wachstumstreiber ist die Innovationskraft: Das dokumentieren über 200 angemeldete Schutzrechte sowie zahlreiche Auszeichnungen im Management von Regenwasser. Das 1962 gegründete Unternehmen setzt vor allem auf Produkte aus Recyclingrohstoffen. Sie dienen der Regenwassernutzung, der Regenwasserversickerung und -rückhaltung, der Löschwasserbevorratung, dezentralen Abwasserentsorgung sowie der Fett- und Leichtflüssigkeitsabscheidung.

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Spritzgießen

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Spritzprägen

„Die einzige global akzeptierte  Ideologie ist leider Geld“

Interview mit Alfred Stern, CEO von Borealis, zur Kreislaufwirtschaft

Kunststoffrezyklate hatten im vergangenen Jahr einen schweren Stand. Nicht nur Umweltverbände und Recyclingunternehmen fordern deshalb von der Politik Maßnahmen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft, auch Kunststofferzeuger haben sich dem angeschlossen. Im Interview mit Kunststoffe erklärt Alfred Stern, CEO von Borealis, wieso er feste Rezyklatquoten für notwendig erachtet und freiwillige Selbstverpflichtungen nicht funktionieren.

Kunststoffrezyklate hatten im vergangenen Jahr einen schweren Stand. Viele Industrieunternehmen fordern deshalb von der Politik Maßnahmen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft. Im Interview mit Kunststoffe erklärt Alfred Stern, CEO von Borealis, wieso er feste Rezyklatquoten für notwendig erachtet und freiwillige Selbstverpflichtungen nicht funktionieren.

Sowohl durch die Coronakrise als auch den niedrigen Ölpreis kam es 2020 teilweise zu einem deutlichen Einbruch bei der Nachfrage nach Kunststoffrezyklaten. Alfred Stern, CEO des Kunststofferzeugers Borealis, sieht diese Entwicklung als mögliche Gefahr für die Kreislaufwirtschaft. Kunststoffe sprach mit ihm darüber, welche gesetzlichen Maßnahmen die Politik deshalb ergreifen muss, wieso insbesondere die Wirtschaftlichkeit der Rezyklate entscheidend ist und welche Schwierigkeiten beim Kunststoffrecycling ansonsten noch bestehen.

Kunststoffe: Im Laufe des vergangenen Jahres kam es bei der Rezyklatnachfrage zu deutlichen Einbrüchen. Diese Entwicklung ist nicht nur Corona geschuldet. Sehen Sie darin eine Momentaufnahme oder einen langfristigen Trend?

Alfred Stern: Bedingt durch die Corona-Krise hatten und haben beispielsweise viele Frischtheken geschlossen. Wurst und Käse waren und sind somit nur abgepackt erhältlich. Deshalb gibt es eine verstärkte Wahrnehmung, dass Kunststoffverpackungen nicht nur Abfall sind, sondern eine Funktion erfüllen, nämlich Lebensmittel frisch zu halten und dabei helfen, Hygieneregeln einzuhalten. Aus diesem Grund hat sich die Nachfrage nach Kunststoffen bei uns sehr gut entwickelt. Für mich ist das ein Zeichen, dass wir die Kreislaufwirtschaft viel ernster nehmen müssen. Die Pandemie hat gezeigt, dass die Funktion von Kunststoffen nicht einfach zu ersetzen ist. Der Druck, die Kreislaufwirtschaft umzusetzen und größere Mengen an Kunststoffen zu rezyklieren, ist deshalb stark gewachsen.

Kunststoffe: Dennoch hat die Nachfrage nach Rezyklaten abgenommen.

Stern: Borealis ist einer der größten Kunststoffrecycler in Europa. Wir rezyklieren in drei Werken. Die Wirtschaftlichkeit dieser Betriebe hat in der Tat im vergangenen Jahr sehr gelitten. Das liegt daran, dass die Rohstoffkosten für Neuware in der Krise stark gesunken sind. Deshalb wurde auf der einen Seite die Beschaffung der Neuware sehr viel günstiger, auf der anderen Seite blieben aber die Preise für das Sammeln, Sortieren und Reinigen gleich. Deshalb sind Rezyklate weniger wettbewerbsfähig geworden.

Kunststoffe: Wird sich diese Entwicklung langfristig fortsetzen?

Stern: Dieses Risiko besteht. Das hängt davon ab, wie sich die Rohstoffpreise entwickeln. Um die massiven Investitionen zu schultern, die notwendig sind, um die Kreislaufwirtschaft ins Rollen zu bringen, brauchen wir unterstützende gesetzliche und steuerliche Rahmenbedingungen. Dadurch müssen Bedingungen geschaffen werden, die es für Unternehmen interessant machen, in diesem Bereich zu investieren.

Kunststoffe: Welche Maßnahmen sind notwendig?

Stern: Drei ganz einfache Dinge fallen mir dazu ein. Erstens sollten wir unseren Kunststoffmüll, den Rohstoff für die Kreislaufwirtschaft, nicht aus Europa exportieren. Abfall nach Asien zu verschiffen, ist nicht hilfreich. Das müssen wir unterbinden. Zweitens sind Rezyklatquoten notwendig. Und drittens sollte man EPR-Systeme (Extended Producer Responsibility; Anm. d. Red.) ökomoduliert gestalten, bei denen für Produkte aus Rezyklaten weniger bezahlt werden muss, als für solche komplett aus Neuware.

Kunststoffe: Bei festen Rezyklatquoten sind verschiedene Modelle im Gespräch. Diese könnten etwa für Produkte oder auf Unternehmensebene gelten. Bei letzterem müsste jeder Hersteller eine gewisse Quote erfüllen. Welches Modell ist sinnvoller?

Stern: Entscheidend ist, eine Nachfrage für rezyklierte Kunststoffe zu schaffen. Diese Nachfrage muss im Markt geschaffen werden und nicht bei den Herstellern. Deshalb sollten die Quoten für Produkte gelten. Wenn sich die Nachfrage erhöht und nicht ausreichend Produktionskapazitäten zur Verfügung stehen, steigen die Preise. Dann investieren die Unternehmen automatisch in größere Kapazitäten. Bei Vorgaben für die Produzenten besteht hingegen die Gefahr, dass diese zwar mehr entsprechende Ware anbieten, diese aber nicht absetzen können, weil die Nachfrage nicht vorhanden ist. In diesem Fall werden die Marktkräfte nicht gut genutzt.

Kunststoffe: Das Hauptproblem beim Kunststoffrecycling besteht somit in einer zu geringen Nachfrage und damit Wirtschaftlichkeit?

Stern: Gegenwärtig sind die Rezyklatpreise in gewisser Weise an die Preise für Neuware gekoppelt. Wenn sich Neuware vergünstigt, müssen sich auch die Preise für Rezyklate verringern, damit diese verkauft werden können. Deshalb ist es so wichtig eine Nachfrage für Recyclingmaterial zu schaffen, um diese Koppelung aufzuweichen. Natürlich gibt es bereits fortschrittliche Unternehmen, die das Thema eigenständig vorantreiben und bereit sind, höhere Preise für solche Materialien zu bezahlen. Einige Firmen haben sich etwa selbst Vorgaben für einen bestimmten Rezyklatanteil in ihren Produkten gesetzt. Aber die massiven Änderungen, die notwendig sind für die Transformation der Industrie, lassen sich nicht von wenigen Vorreitern bewerkstelligen, sondern sie müssen von einer breiteren Masse getragen werden. Wir benötigen massive Investitionen. Die werden nur dann kommen, wenn die Wirtschaftlichkeit gegeben ist.

Kunststoffe: Reine Selbstverpflichtungen reichen somit nicht aus?

Stern: Es gibt meines Erachtens keine Evidenz, dass irgendwo auf der Welt die Umweltverträglichkeit durch Selbstverpflichtungen erhöht wird. Das ist weder bei den CO2-Emissionen der Fall noch bei anderen Themen. Das entscheidende Kriterium ist die Wirtschaftlichkeit. Die einzige global akzeptierte Ideologie, die wir haben, ist leider Geld.

Kunststoffe: Mit dem New Green Deal hat die EU-Kommission Maßnahmen und Ziele für eine nachhaltigere Wirtschaft in Europa formuliert. Sind diese zielführend für eine Stärkung der Kreislaufwirtschaft?

Stern: Der Green Deal enthält die richtigen Visionen. Er ist nicht nur eine Chance für Europa, sondern für die ganze Welt. Nun ist aber entscheidend, was die nächsten konkreten Schritte sind. Ein gutes Beispiel sind die angedachten Plastic Taxes. Dabei ist wichtig, dass Konsumenten, Industrie und Politik zusammenarbeiten, um diese so anzuwenden, dass sie wirklich eine Lenkungswirkung erzielen. Eine starke Wirkung lässt sich etwa über ein ökomoduliertes EPR-System erreichen. Wird das sinnvoll umgesetzt, springt die gesamte Industrie auf dieses System auf, um die Kostenstruktur zu optimieren. Bei der Umsetzung ist allerdings Vorsicht geboten und es müssen alle daraus entstehenden Konsequenzen berücksichtigt werden. Wir müssen aufpassen, dass wir im globalen Wettbewerb keine „Insel des Paradieses“ schaffen, aber dann nicht mehr wettbewerbsfähig sind.

Kunststoffe: Von Kunststoffverarbeitern wird außerdem häufig die Qualität der Rezyklate kritisiert. Ist das neben der Wirtschaftlichkeit nicht auch noch ein großes Problem?

Stern: Die Qualität der angebotenen Rezyklate unterscheidet sich in der Tat noch sehr. Diese lässt sich aber aktuell bereits sicherstellen. Mit Innovationen und Technologien kann der Qualitätsstandard erhöht werden. Dabei sollte man aber nicht die größere Vision aus dem Blick verlieren. Bei Borealis geht es uns um „Design for circularity“. Das fängt an beim Design for Reuse, also Anwendungen, die vor der Entsorgung mehrfach verwendet werden. Außerdem müssen die Produkte so gestaltet werden, dass sie leicht zu rezyklieren sind. Monomaterial-Lösungen lassen sich etwa mit mechanischem Recycling sehr gut verarbeiten. Mit geringem Energieaufwand sind dadurch hohe Qualitäten erreichbar. Für mechanisch nicht verwertbare Abfälle kommt im nächsten Schritt das chemische Recycling in Frage. Diesbezüglich arbeiten wir beispielsweise mit unserem Haupteigentümer, der OMV AG, zusammen. Dabei entsteht synthetisches Öl, das man komplett zu qualitätsgleicher Neuware verarbeiten kann. Unterstützend kommen dann noch Kunststoffe aus erneuerbaren Rohstoffen wie Lebensmittelabfällen hinzu. Alle diese Technologien betreiben wir bereits kommerziell, auch wenn zum Teil nur in kleineren Mengen.

Kunststoffe: Die Qualität der Rezyklate lässt sich somit erreichen, wenn alle Verfahren ausgeschöpft werden?

Stern: Ja. Das Problem ist zurzeit aber noch, ausreichend große Mengen mit einer konsistenten Qualität zu erhalten. Deshalb an dieser Stelle noch mal mein Plädoyer: Es müssen Rahmenbedingungen geschaffen werden, die Anreize für Investitionen bieten. Nur dadurch lassen sich die notwendigen Mengen erreichen.

Kunststoffe: Sie haben gerade in Lahnstein eine neue Recyclinganlage eröffnet. Worum handelt es sich dabei?

Stern: Die dortige Demonstrationsanlage ist unserer Auffassung nach die modernste Anlage zum mechanischen Recycling. Mit dieser möchten wir zeigen, was mit moderner Technologie und Ausstattung in einer State-of-the-Art-Anlage für mechanisches Recycling möglich ist. Wir arbeiten dafür mit Tomra und Zimmermann Recycling zusammen. Jeder der Partner bringt sein Know-how ein. Wir bei Borealis verfolgen die kommerzielle Seite, kennen die Kunden, die Produktentwicklung und die Anwendungen. Tomra ist bekannt für Sammel- und Sortiertechnologien, Zimmermann verfügt über langjährige Erfahrung in der Abfallwirtschaft, unter anderem beim Sortieren und Rezyklieren von Kunststoffen. In der Anlage wird Polyethylen High und Low Density und Polypropylen hergestellt. Die produzierten Materialien unterscheiden sich in ihrer Reinheit, dem geringen Geruch, der hohen Produktqualität und den hellen Farben von Reyzklaten, die bisher auf dem Markt verfügbar sind. Dadurch möchten wir auch weitere Märkte und Anwendungen etwa im Automobilbereich oder bei Caps & Closures erschließen.

Kunststoffe: Welche Abfälle verarbeiten Sie dort?

Stern: Sowohl steife als auch flexible Post-Consumer-Abfälle. Es handelt sich nicht um sortenreine und vorsortierte Abfälle, sondern um klassischen Endverbraucher-Haushaltmüll.

Kunststoffe: Welche Mengen werden dort verarbeitet?

Stern: Es handelt sich um eine Demonstrationsanlage. Die Mengen sind groß genug, damit wir mit Kunden Qualifikationen durchführen können, um nachzuweisen, für welche Anwendungen die Technologie geeignet ist.

Kunststoffe: Planen Sie, den Standort zu einem späteren Zeitpunkt mit Ihren Partnern zu einer kommerziellen Anlage auszubauen?

Stern: Wir haben die Anlage nicht gebaut ohne Vision für die Zukunft. Zunächst schauen wir aber, wie sie sich bewährt und sich das Interesse entwickelt. Mit der Demonstrationsanlage möchten wir die Technologie verbessern und Erfahrungen für einen späteren großtechnischen Betrieb sammeln.

Das Interview führten <a href="mailto:florian.streifinger@hanser">Florian Streifinger</a> und <a href="mailto:susanne.schroeder@hanser.de">Susanne Schröder</a>, Redaktion

Zusammen mit Tomra und Zimmermann Recycling hat Borealis in Lahnstein eine Demonstrationsanlage aufgebaut. Die nach eigenen Angaben modernste Anlage zum mechanischen Recycling soll zeigen, was mit moderner Technologie und Ausstattung in einer State-of-the-Art-Anlage für mechanisches Recycling möglich ist.

Alfred Stern, Vorstandsvorsitzender von Borealis, sprach im Interview über das komplexe und wichtige Thema Kreislaufwirtschaft

Bild 2. Obwohl der Stellenwert des Themas Kunststoffrecycling bis 2020 stark angestiegen ist, könnte diese Entwicklung durch die Coronakrise gefährdet werden.

Borealis - Hauptartikel

Alfred Stern ist seit Juli 2018 Vorstandsvorsitzender von Borealis. Dem Vorstand des Kunststofferzeugers gehört er seit 2012 an. Vor seiner Berufung zum Vorsitzenden war er in dem Gremium für den Bereich Polyolefine und Innovation & Technologie verantwortlich. Stern arbeitet seit 2008 für Borealis. Davor war er für DuPont in verschiedenen Führungspositionen tätig, unter anderem in der Forschung und Entwicklung, im Sales und Marketing und dem Qualitäts- und Business-Management. Stern hat Polymer Engineering und Science an der Montanuniversität Leoben, Österreich, studiert und besitzt einen Doktor in Material Science.

„Nirgendwo auf der Welt wird die Umweltverträglichkeit durch Selbstverpflichtungen erhöht.“

Streifinger, Florian

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Recycling

Umweltmanagement

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Baustoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Rezyklat

Anforderungen an Kunststoffrezyklate, Erreichbarkeit der EU-Ziele und Handlungsempfehlungen

 Forderungen nach einem mengenmäßig stärkeren Einsatz von Rezyklaten in Kunststoffverpackungen werden von verschiedenen Seiten erhoben. Die Politik denkt darüber nach, Einsatzquoten festzuschreiben. Doch  welche Mengen an geeigneten Recycling-Kunststoffe stehen in Deutschland dafür überhaupt zur Verfügung? Dieser Frage ist eine neue Studie im Auftrag der BKV GmbH nachgegangen und hat dazu erstmals allgemeine Anforderungen an Kunststoffrezyklate definiert.

Die Politik denkt darüber nach, Einsatzquoten für Rezyklate in Kunststoffverpackungen festzuschreiben. Eine neue Studie im Auftrag der BKV GmbH ermittelte die zur Verfügung stehenden Mengen an geeigneten Recycling-Kunststoffe. Zudem wurden erstmals allgemeine Anforderungen an Kunststoffrezyklate definiert.

Von Seiten der Politik auf europäischer und nationaler Ebene sind Kunststoffe zunehmend in der Diskussion, da sie einerseits weitgehend auf fossilen Rohstoffen basieren und nur teilweise stofflich verwertet werden. Hier erwägt die Politik, z. B. durch Festschreibung von Rezyklateinsatzquoten eine Verbesserung der Situation herbeizuführen. Die vorliegende Studie sollte untersuchen, warum Kunststoffrezyklate bis heute  lediglich in einem Umfang von ca. 12 % zur Rohstoffverarbeitung beitragen, und was notwendig wäre, den Einsatz zu  erhöhen.

Die Studie analysierte deshalb einerseits das Potenzial zum Einsatz von  Kunststoff-Rezyklaten im Verpackungsbereich, andererseits aber auch die Verfügbarkeit von spezifikationsgerechten Rezyklaten.

GVM-Daten für 2017 als methodische Grundlage

Die Studie konzentrierte sich auf die hauptsächlich als Verpackungsmaterial verwendeten Kunststoffe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS) und Polyethylenterephthalat (PET). Dies sind auch die Kunststoffe, die üblicherweise in modernen Sortieranlagen als „sortenreine“ Fraktionen abgetrennt werden. Bezugsjahr ist das Jahr 2017.

Die Autoren betrachteten das Bereitstellungs- und Einsatzpotenzial ebenso wie die derzeit eingesetzten Mengen auf unterschiedlichen Ebenen: nach Segmenten (Flaschen, Folien & Kleinbehälter, Großverpackungen), nach Kunststoffarten sowie nach Verarbeitungscluster (Spritzgießen, geblasenen Hohlkörper, Folien, Sonstiges). Datengrundlage bildeten die Datenbank der GVM Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung mbH [1] sowie Expertengespräche bzw. Interviews in Form von Fragebögen und Fachgespräche in Arbeitskreisen der IK Industrievereinigung Kunststoffverpackungen e. V. und des BDE Bundesverband der Deutschen Entsorgungs-, Wasser- und Rohstoffwirtschaft e. V.

Nicht zuletzt unterstützte ein Begleitkreis, der von Experten aus dem Bereich der Kunststoffherstellung, -verarbeitung und der Entsorgungswirtschaft besetzt war, das Studienprojekt.

Qualitätsanforderungen an Kunststoffrezyklate

Zur Ermittlung des Einsatz- und Bereitstellungspotenzials wurden erstmals allgemeine Anforderungen an Kunststoffrezyklate definiert. Die Definition dieser Mindestanforderungen erfolgte über Fragebögen an Verarbeiter, die auf diesem Weg über relevante Mindestspezifikationen der Kunststoffrezyklate für ihre Verarbeitung Auskunft gaben. Naturgemäß sind die Anforderungen, je nach Anwendung sehr unterschiedlich. Tabelle 1 zeigt beispielhaft ein solches Set an Mindestanforderungen.

Die Auswertung der Fragebögen machte eine große Informations- und Datenvielfalt deutlich. Art und Umfang der Informationen auf den Datenblättern unterscheiden sich stark und erschweren so die Vergleichbarkeit von Kunststoffrezyklat-Qualitäten. Normen oder Standardisierungen für eine quantitative Bestimmung von allgemeinen Mindestanforderungen bezogen auf Qualitätsmerkmale für Kunststoffrezyklate existieren derzeit noch nicht. Mindestqualitätsanforderungen sind jedoch wichtig für die Akzeptanz und Verarbeitung von Kunststoffrezyklaten (Tabelle 1).

Erhebliches Nutzungspotenzial für Rezyklate

Basierend auf den Ergebnissen der Auswertung dieser Fragebögen wurden Einstufungen für Kunststoffrezyklate vorgenommen, die je nach Ausprägung unterschiedlicher Eigenschaften beschreiben, ob und mit welchen Einschränkungen die Rezyklate in Verpackungen eingesetzt werden könnten (Tabelle 2). Muss-Eigenschaften sind solche, ohne die das Kunststoffrezyklat nicht einsatzfähig für die Produktion einer Verpackung ist.

Auf Grundlage der Einstufung der Einschränkungen als moderat, substantiell und groß wurde dann das Einsatzpotenzial berechnet. Im Ergebnis liegt das Einsatzpotenzial je nach Ausprägungsform zwischen 960 und 2221 kt pro Jahr (Bild 1). Die derzeit eingesetzte Rezyklatmenge in Verpackungen von 450 kt lässt sich also bei moderaten Einschränkungen auf 960 kt mehr als verdoppeln (Bild 1). Allerdings kann derzeit selbst unter Inkaufnahme großer Einschränkungen nur die Hälfte aller Kunststoffverpackungen (ca. 4,4 Mio. t) überhaupt unter Einsatz von Rezyklaten produziert werden.

In Deutschland wurden im Jahr 2017 insgesamt 1766 kt Kunststoffrezyklate in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt [2]; 450 kt gingen davon in Kunststoffverpackungen, wovon 180 kt (rund 40 %) aus Abfällen des Post-Consumer-Bereichs stammen. Der Anteil an Kunststoffrezyklaten, der aus dem Recycling von Verpackungen stammt, liegt bei ca. 45 %.

Mit einer Umschichtung von Rezyklatmengen, die derzeit in Nicht-Verpackungsanwendungen zum Einsatz kommen und die sich unter moderaten Einschränkungen verarbeitungstechnisch für die Verpackungsproduktion eignen würden, erhöht sich das Bereitstellungspotenzial auf 855 kt Demnach verbleibt zum Einsatzpotenzial hinsichtlich der Ausprägung „moderate Einschränkung“ (960 kt) eine Lücke von derzeit noch über 100 kt. Diese müsste noch bedient werden, um das volle Einsatzpotenzial auszuschöpfen (Tabelle 3).

Beim Abgleich der dargestellten Ergebnisse mit den Anforderungen aus der EU und Zusagen der deutschen Hersteller ergibt sich folgendes Bild: Die Rezyklatmenge basierend auf Post-Consumer-Abfällen auf EU-Ebene im Jahr 2016  betrug 3,9 Mio. t. Diese Menge müsste um 160 % gesteigert werden, um die von der EU zugrunde gelegte Menge von  10 Mio. t zu erreichen. Unter der Annahme, dass sich alle Mitgliedstaaten der EU und alle Anwendungsbereiche bei der Steigerung des Rezyklateinsatzes im gleichen Umfang beteiligen, müsste in Deutschland der Rezyklateinsatz für Verpackungen also von 450 kt auf nahezu  1,2 Mio. t gesteigert werden. Dies würde auch die Einhaltung der von der IK Industrievereinigung Kunststoffverpackungen publizierten Zielmenge von 1 Mio. t Rezyklate bis 2025 in Verpackungen erlauben.

Will man den Einsatz von Rezyklaten im Verpackungsbereich voranbringen, ist die Zusammenarbeit aller Akteure in der Wertschöpfungskette unerlässlich. Hierzu listet die Studie eine Reihe von Handlungsempfehlungen für die einzelnen Akteure auf (Tabelle 4). Die BKV als Kompetenzcenter der Kunststoffindustrie möchte in gemeinsamen Projekten hierzu ihre Expertise sowie ihr Netzwerk einbringen.

Tabelle 1. Qualitätsanforderungen an PE-HD-Rezyklate zur Produktion von Schalen

Tabelle 2. Ausprägungsform für das Einsatzpotenzial von Kunststoffrezyklaten

Tabelle 3. Bereitstellungs- und Einsatzpotenzial für die jeweiligen Szenarien und Ziele (Angaben in kt für das Bezugsjahr 2017; Steigerungen basierend auf den Zielen der EU (10 Mio. t) 

Tabelle 4. Handlungsempfehlungen  für unterschiedliche Akteure zur  Steigerung des  Rezyklateinsatzes 

Bild 1. Einsatzpotenziale von Kunststoffrezyklaten anhand der Einschränkungen nach Mindest-Qualitätsanforderungen (Bezug: deutsche Produktion von Kunststoffverpackungen 2017)

BKV - Hauptartikel

Ulrich Schlotter betreute als Leiter Projekte der BKV GmbH in Frankfurt am Main die Erstellung der Studie; <a href="mailto:ulrich.schlotter@bkv-gmbh.de">ulrich.schlotter@bkv-gmbh.de</a>

Verpackungsmaterial

Logistik

Nachhaltigkeit

Forschende der Zuse-Gemeinschaft arbeiten an Lösungen für verschiedene Branchen

Pro Jahr werden in Deutschland mehr als 14 Millionen Tonnen Kunststoff verarbeitet, mit steigender Tendenz. Damit fossile Ressourcen künftig weniger intensiv beansprucht werden, müssen Recyclingaktivitäten verstärkt, aber auch verbessert werden. Szenarien dafür setzen vor allem auf eine Kreislaufwirtschaft, die schon beim Design von Produkten ans „Leben danach“, nämlich das nächste oder erneuerte Erzeugnis denkt.

Damit fossile Ressourcen künftig weniger intensiv beansprucht werden, müssen Recyclingaktivitäten verstärkt und verbessert werden. Szenarien dafür setzen vor allem auf eine Kreislaufwirtschaft, die schon beim Design von Produkten ans „Leben danach“, nämlich das nächste oder erneuerte Erzeugnis denkt.

Ob Verpackungen von Lebensmitteln, Bodenbeläge, Kleidung oder technische Textilien: Für Forschende der Zuse-Gemeinschaft (siehe Kasten vis-à-vis)  stehen Konzepte fürs Produktdesign am Anfang ihrer Arbeit, die hochwertiges Recycling zum Ziel hat. In Kooperation mit Unternehmen suchen sie nach tragfähigen Ansätzen für ein solches „Design for Recyling“. Bei Lebensmittelfolien zum Beispiel scheitert hochwertiges Recycling aus technischer Sicht bislang häufig an der Vielzahl verwendeter Kunststoffschichten, deren Verbund eine sortenreine Trennung verhindert.

„Eine Reduzierung dieser Vielfalt auf  bestenfalls nur noch einen Kunststoff ist deshalb ein Fall für die Forschung, weil es gilt, mit vereinfachtem Design die gleiche Frische und Haltbarkeit für Lebensmittel zu ermöglichen und zugleich das Gewicht der Verpackungen zu begrenzen“, erläutert Marieluise Lang, Bereichsleiterin am Kunststoff-Zentrum (SKZ) in Würzburg. Im von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) geförderten Projekt BioBaFol arbeitet das SKZ zusammen mit Partnern an einem Biokunststoff für Lebensmittelverpackungen, der mit nur einer Schicht aus Polymilchsäure (PLA) und einer Beschichtung aus biobasierten Hybridpolymeren, sogenannten Bioormoceren [1], auskommt.

Vielversprechende Ergebnisse für recyclingfähige Bio-Barrierefolie

Zur Bewertung der Barriereeigenschaften wird ein speziell am SKZ entwickeltes  Helium-Durchlässigkeits-Messverfahren angewendet, das gegenüber der klassischen Sauerstoffdurchdringung deutlich verkürzte Messzeiten aufweist. „Die bislang hergestellten Folienmaterialien zeigen vielversprechende Ergebnisse, um eine markt- und recyclingfähige Bio-Barrierefolie zu erzielen“, erläutert Marieluise Lang. Im Rahmen des Projekts wurden vom Projektkoordinator, der Tecnaro GmbH, Ilsfeld, verschiedene PLA-basierte Compounds hergestellt, die am SKZ im Labormaßstab zu einem weiteren Vorprodukt, sogenannten Castfolien, und bei der Südpack Verpackungen GmbH & Co. KG, Ochsenhausen, im technischen Maßstab zu Blasfolien weiterverarbeitet wurden (Titelbild).

Die JenCaps Technology GmbH, Jena, und das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) in Würzburg konnten die Folienoberflächen erfolgreich vorbehandeln und mit Bioormoceren beschichten. Eine Charakterisierung der Materialien erfolgte durch thermische und optische Verfahren, um das Kristallisationsverhalten näher zu untersuchen. Über das physikalische Recycling soll in dem bis Ende März 2022 laufenden Projekt untersucht werden, ob sich die neu entwickelte Folie mehrfach einsetzen lässt.

Schon aufgrund des großen Mengenbedarfs der Lebensmittelwirtschaft an Verpackungsmaterialien ist diese eine wichtige Branche, um „Design for Recycling“ zur Geltung kommen zu lassen, doch bei weitem nicht die einzige. Umgekehrt können Verpackungen der Lebensmittelindustrie auch in anderen Branchen Recyclinglösungen ermöglichen.

So lassen sich Getränkeflaschen aus Polyethylenterephthalat (PET) schon heute aufgrund ihrer Sortenreinheit gut nicht nur fürs Recycling von Verpackungen nutzen. Unter dem Motto „Von der Faser zur Faser“ nutzt das die angewandte Forschung im Verbundprojekt DiTex („Digitale Technologien als Enabler einer ressourceneffizienten kreislauffähigen B2B-Textilwirtschaft“) für Mietwäsche. Die eingesetzten Fasern stammen aus recycelten PET-Flaschen, die Mietwäsche selbst soll nach ihrem ersten Lebenszyklus wieder zu Wäsche recycelt werden.

„Mietwäsche eignet sich auch deshalb gut für das Konzept ‚Design for Recycling‘, weil sich ihre Nutzung genau nachvollziehen lässt, was optimale Voraussetzungen fürs Recycling bietet“, erläutert Projektleiterin Dr. Anja Gerhardts vom Forschungsinstitut Hohenstein. Das Institut aus Baden-Württemberg ist in dem vom Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW), Berlin, initiierten und koordinierten Vorhaben für Textilprüfungen (Bild 1) und Produktspezifikationen zuständig. Fürs Nutzen statt Besitzen entwickeln die Verbundpartner je eine kreislauffähige Linie von Bettwäsche  sowie von Polo- und Businesshemden. Die Hemden dienen als Dienstkleidung für Polizei und Rettungsdienst.

Intelligentes Etikett speichert  Informationen

Als Absatzmarkt für Fasern aus Recycling ist der Bekleidungsmarkt nicht zu unterschätzen. Die Menschen in Deutschland kaufen pro Jahr im Schnitt 26 kg Textilien pro Kopf, davon 12 bis 15 kg Bekleidung. Ein hochwertiges Recycling ist angesichts dieser großen Mengen eine große Herausforderung. Bei DiTex wird die Wäsche über den gesamten Nutzungskreislauf mit einer digitalen Tracking-ID ausgestattet [2]. Dieses „intelligente“ Etikett speichert Informationen wie Faserherkunft, Materialkomposition und Beschaffenheit des Textils. Dadurch können Recyclingunternehmen die Produkte besser sortieren, den Recyclinganteil erhöhen und aufwerten.

In zahlreichen Waschversuchen wird in Hohenstein nun getestet, wie gut das Tracking-Tool sich bewährt, wie es um Reißfestigkeit, Weißgrad, Farbqualität, Haltbarkeit und Tragekomfort der Textilien bestellt ist, wenn sie im gewerblichen Textilservice bis zu 200 Mal gewaschen, geschleudert und getrocknet werden. „In DiTex bringen wir Nutzer, Beschaffer und Recycler von Textilien an einen Tisch, um ein kreislauffähiges Produktdesign Realität werden zu lassen“, sagt Anja Gerhardts. Praxisnahe Forschung zu Fasern und Textilien gehört zu den Kernkompetenzen vieler Institute der Zuse-Gemeinschaft, sei es für verbrauchernahe Erzeugnisse oder für Industrieprodukte. Wie eng verbraucher- und industrierelevante Aspekte verknüpft sind, zeigt sich am Beispiel des Sportplatzbaus. Auf Sportplätzen werden Textilien gewissermaßen mit Füßen getreten, nämlich wenn auf Kunstrasen gespielt wird. Allein in Deutschland gibt es rund 5000 für den Fußball gemeldete Kunstrasenplätze.

Klimafreundliche und nachhaltige Bodenbeläge produzieren

Unter den grünen Stoppeln verbirgt sich allerdings eine schwere Last – für Vereine und Umwelt. Denn laut Angaben des Wirtschaftsverbandes IAKS Deutschland (International Association for Sports and Leisure Facilities) werden pro Quadratmeter Kunstrasen hierzulande rund 5 kg Granulat verfüllt, in anderen Ländern dürfte es noch deutlich mehr sein. „Bei einem Kunstrasen mit einer Faserlänge von 42 mm schauen nur 12 mm aus der Masse von Füllmaterialien, die auf die Fläche ausgebracht wurden“, erläutert Dr. Ulrich Berghaus von der Morton Extrusionstechnik GmbH, einem führenden Hersteller von Kunstrasen.

In einem neuen Platz stecken rechnerisch heutzutage fast 50 % des alten Platzes mit drin – als Einfüllmaterial. Doch als Mikroplastik kann dies Probleme verursachen – Alternativen müssen her. Zusammen mit dem TFI – Institut für Bodensysteme an der RWTH Aachen e. V. arbeitet Morton Extrusionstechnik am Kunstrasen der Zukunft, der ohne problematische Füllstoffe auskommt.

„Ideal wäre ein Kunstrasen aus nur einem Polymer“

Gefordert sind nun die Forschenden am TFI, damit die Noppen des Kunstrasens künftig auch ohne Polyurethan (PUR) und ohne Latex gut im Trägermaterial halten (Bild 2). „Ideal wäre ein Kunstrasen aus nur einem Polymer“, sagt TFI-Projektleiter Dirk Hanuschik. Denn ähnlich wie bei Lebensmittelverpackungen sind nicht trennbare Stoffverbunde Gift für hochwertiges Recycling. Hanuschik und sein Team forschen deshalb mit ihrem Industriepartner an einem Kunstrasen-Design, das ohne PUR und Latex für die Rückenbeschichtung des Trägermaterials auskommt.

In einer Thermobonding-Anlage sollen die Kunstrasen-Noppen direkt auf das Trägermaterial aufgeschmolzen, nicht aufgeklebt werden. Trotzdem ist eine Haltbarkeit von rund 12 bis 15 Jahren das Ziel – wie bei heute noch verlegten Kunstrasen. Testen kann er die neuen Materialien auf der Industrie-Beschichtungsanlage, die am TFI in verkleinertem Maßstab steht (Bild 3). Schon Mitte nächsten Jahres soll eine erste Produktionsanlage in Betrieb gehen.

Handlungsbedarf besteht. Derzeit wird ein Großteil der in Deutschland verlegten Teppiche und Bodenbeläge nach dem Ende ihrer Nutzung nicht weiter verwendet. Wie beim Kunstrasen, so ist die Rückenbeschichtung auch bei anderen Bodenbelägen eine zentrale Frage für sinnvolles Recycling. Häufig besteht die Rückenbeschichtung aus Latex, PUR oder Acrylat und gibt dem Produkt auch die entsprechende Stabilität. So sind Sportanwendungen am TFI auch nur ein Ausschnitt aus der dortigen Forschungsarbeit zu textilen Bodenbelägen und anderen technischen Textilien. Geforscht wird dort z. B. ebenfalls an Anwendungen für die Automobilwirtschaft. Auch hier sind Materialien von Interesse, die künftig ohne zusätzliche Klebstoffe für die Verbindung von Faser-Nutzschicht und Trägermaterial auskommen.

Heute ist das Standardmaterial für einen Teil der Teppichfasern Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), das aus fossilen Rohstoffen gewonnen wird. Den  geringen Kosten für solche Primärmaterialien steht der Verbrauch fossiler Ressourcen mit seinen Auswirkungen auf Umwelt und Klima gegenüber. PE lässt sich allerdings auch aus nachwachsenden Rohstoffen wie Zuckerrohr, Palmöl oder Holzabfällen gewinnen, wobei dann die nachhaltige Gewinnung der Rohstoffe gesichert werden muss.

Dies zeigt: Neben den technischen Aufgaben für mehr und besseres Recycling im übergreifenden ökonomischen Kontext werden Anreize für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft benötigt, die dem ökologischen Druck auf die Ressourcen  gerecht werden. Für umweltfreundliche Produkte muss die deutsche Wirtschaft, eingebunden in nationale und internationale Partnerschaften, Ressourcen vermehrt schonen und ihren Umwelt-Fußabdruck verkleinern. Das stärkt die Wettbewerbskraft der deutschen Industrie und nützt dem Aufschwung nach der Corona-Krise und weit darüber hinaus.

[1] N.N.: bioOrmocer: leistungsfähige bioabbaubare Funktionsschichten. URL: https://www.barrier.fraunhofer.com/de/forschung-und-entwicklung/bioormocer-leistungsfaehige-bioabbaubare-funktionsschichten.html

[2] DiTex – Digitale Technologien als Enabler einer ressourceneffizienten kreislauffähigen B2B-Textilwirtschaft. URL: https://www.ditex-kreislaufwirtschaft.de

So wird die Folie aus Biokunststoff produziert: Der Extruder erzeugt die als transparente Säule sichtbare Blase. Am oberen Ende der Säule wird die Folie zusammengelegt

Bild 1. Durch kreisförmige Bewegungen wird in dieser Maschine zur Textilprüfung u. a. die Scheuerfestigkeit geprüft

Bild 2. Im Betrieb der Tuftingmaschine am TFI stechen die Nadeln in  das Trägermaterial (weiß) und bringen so das Polgarn für den Kunstrasen (grün) ein

Bild 3. Auslaufbereich der Tuftingmaschine: Der Kunstrasen läuft kopfüber aus der Maschine

Alexander Knebel ist seit 2018 Pressesprecher der Zuse-Gemeinschaft, dem Verbund gemeinnütziger, privatwirtschaftlich organisierter Industrieforschungseinrichtungen; <a href="mailto:knebel@zuse-gemeinschaft.de">knebel@zuse-gemeinschaft.de</a>

Die Zuse-Gemeinschaft vertritt die Interessen gemeinnütziger, privatwirtschaftlich organisierter Forschungseinrichtungen. Dem technologie- und branchenoffenen Verband gehören bundesweit 76 Mitglieder an. Die Institute – darunter etwa das SKZ in Würzburg, das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen, das Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KuZ), das IKTR – Institut für Kunststofftechnologie und Recycling e. V. in Weißandt-Gölzau und das TITK – Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e. V. in Rudolstadt – zeichnen sich durch praxisorientierte Forschung in Kooperation mit Wirtschaft und Wissenschaft aus, insbesondere mit Partnern aus dem Mittelstand.

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Faserverstärkte Thermoplaste mechanisch rezyklieren und in die Produktion zurückführen

Organobleche haben sich in der Serienfertigung von hochbelastbaren Leichtbauteilen in unterschiedlichen Industriebereichen etabliert. Bei ihrer Produktion fallen Verschnittreste an, die sich nicht direkt wieder in den Herstellungsprozess zurückführen lassen. Die werkstoffliche Verwertung dieser Verschnitte stellt dafür einen vielversprechenden Recyclingansatz dar.

 Bei der Produktion von Organoblechen fallen Verschnittreste an, die sich nicht direkt wieder in den Herstellungsprozess zurückführen lassen. Die werkstoffliche Verwertung dieser Verschnitte stellt dafür einen vielversprechenden Recyclingansatz dar.

Endlosfaserverstärkte Thermoplaste verfügen über sehr gute technische Eigenschaften, die den Einsatz in zahlreichen Anwendungsfeldern ermöglichen – vom Sportschuh über Gehäuse von Elektronikgeräten bis hin zu sicherheitsrelevanten Automobilbauteilen wie Bremspedalen oder A-Säulenverstärkungen. Die Lanxess-Tochtergesellschaft Bond-Laminates GmbH produziert am Standort Brilon unter dem Markennamen Tepex seit mehr als 20 Jahren solche Faserverbundwerkstoffe. Diese Organobleche sind mittlerweile in vielen Großserienprodukten etabliert.

Die Tepex-Organobleche werden in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt und für den jeweiligen Verarbeiter konfektioniert. Insbesondere für die Automobilindustrie, wo die Weiterverarbeitung der Tepex-Halbzeuge in vollautomatisierten Fertigungszellen abläuft, werden die Einleger als zweidimensionale Zuschnitte bereitgestellt. Um den Verschnitt, der beim Zuschnitt dieser Einleger entsteht, zu minimieren, werden die entsprechenden Geometrien unter Berücksichtigung der notwendigen Faserorientierung so in dem Tepex-Halbzeug verschachtelt, dass eine optimale Materialausbeute möglich ist. Dieses Vorgehen ist auch als Nesting bekannt.

Allerdings ist bei stark gekrümmten Geometrien, die sich nur sehr ungünstig verschachteln lassen, ein systematischer Verschnitt nicht vermeidbar (Titelbild). Bereits bei einem Verschnitt von 5 – 10 % fällt unter Großserienbedingungen sehr schnell eine große Menge an Restwertstoff an, der dem Produktionsprozess nicht direkt zugeführt werden kann. Um sie erneut in der Herstellung verwenden zu können, müssen die Materialien zunächst recycelt werden.

Geeignetes Recyclingverfahren für Organoblech-Verschnitte

Da Tepex und vergleichbare Organobleche auf einer thermoplastischen Kunststoffmatrix basieren, ist das Recycling sowohl mithilfe von werkstofflicher Verwertung durch mechanische Aufarbeitung möglich als auch durch die rohstoffliche bzw. chemische Verwertung, also die Aufspaltung in Einzelkomponenten durch Hydrierung, Hydrolyse und Pyrolyse. Den größten wirtschaftlichen Nutzen bei der Verwertung der Reststoffe und Verschnitte bietet das werkstoffliche Recycling. Dabei muss der Tepex-Verschnitt zunächst zu einer definierten Partikelgröße vermahlen werden.

Handelsübliche Schneidmühlen sind zwar in der Lage, Organobleche aller Art zu zerkleinern. Die hohen Schnittgeschwindigkeiten, die bei dieser Technik üblich sind, führen allerdings zu einem sehr hohen Verschleiß der Messer. Im Mahlgut wird außerdem ein hoher Staubanteil und eine relativ geringe mittlere Partikelgröße erzeugt. Die daraus resultierende geringe Schüttdichte des Mahlguts ist für übliche Verarbeitungsverfahren wie Regranulierung oder Direktspritzgießen meist ungeeignet.

Eine Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit bei gleichbleibender Zerkleinerungsleistung lässt sich mit klassischen Wellenzerkleinerern erreichen. Für die Messerwalzen sollte dabei eine niedrige Drehzahl gewählt werden. Insbesondere Einwellenzerkleinerer mit automatischem hydraulischen Vorschub sind dazu geeignet, ein homogenes Mahlgut zu erzeugen (Bild 1) [1]. Große, streifenförmige Partikel, wie sie bei anderen Verarbeitungsformen auftreten können, werden dabei vermieden. Das gilt auch für dickere Materialien oder besonders spröde, carbonfaserverstärkte Varianten.

Aufgrund der hohen Steifigkeit, Festigkeit und Schlagzähigkeit von Tepex-Materialien ist für die effiziente Zerkleinerung ein geeignetes Set-up notwendig. Neben einem möglichst kleinen positiven Schneidwinkel sollten weitere Parameter eingehalten werden (Tabelle) [2]. Auf eine geeignete Absaugung ist aufgrund der hohen Staubentwicklung in jedem Fall zu achten.

Das bei der Zerkleinerung entstehende Mahlgut kann einem kunststofftypischen Verarbeitungsprozess wie Spritzgießen oder Extrusion direkt zugeführt werden. Um eine Verarbeitung auf Standardmaschinen ohne modifizierte Einzugszone zu gewährleisten, ist eine mittlere Partikelgröße von 8 – 15 mm empfehlenswert. Derartiges Mahlgut verfügt über eine Schüttdichte von ca. 200 kg/m3 (±20 kg/m3). Wird das Mahlgut handelsüblichem Granulat (Regranulat oder Neuware) zu einem Anteil von ≤20 % beigemischt, ist die Brückenbildung soweit reduziert, dass übliche Dosiertrichter ohne Zwangsdosierung und somit in Standardausführung eingesetzt werden können. Das bestätigten Untersuchungen der Kunststofftechnik Paderborn, einer Forschungseinrichtung der Universität Paderborn.

Bild 2 zeigt einen automatischen Prozess, in dem eine Mischung aus 80 % Granulat und 20 % Organoblech-Mahlgut auf einer Standardschnecke mit 25 mm Durchmesser ohne zusätzliche Peripherie im Spritzgießverfahren verarbeitet wurde. Höhere Anteile an Mahlgut, zum Teil sogar bis zu 100 %, lassen sich ebenfalls auf Standardmaschinen verarbeiten, sofern bei der Dosierung eine für das Mahlgut geeignete Zwangsförderung, z. B. eine Stopfschnecke mit hoher Gangtiefe, verwendet wird. Der Einsatz von faserschonenden Schneckengeometrien mit hoher Gangtiefe in der Einzugszone kann für die Maximierung der mechanischen Eigenschaften im Bauteil herangezogen werden. Sie sind aber im Normalfall nicht zwingend erforderlich. Bereits mit üblichen, nicht modifizierten Dreizonenschnecken lässt sich Tepex-Mahlgut mit der empfohlenen mittleren Partikelgröße problemlos verarbeiten.

Für den Spritzgießprozess sind in Abhängigkeit vom herzustellenden Bauteil niedrige Dosiergeschwindigkeiten und Staudrücke empfehlenswert. Der optimale Betriebspunkt richtet sich üblicherweise nach der eingesetzten Maschinentechnik und dem Bauteildesign.

Durch Beimischen kurzfaserverstärkter oder unverstärkter Neuware lässt sich der Faseranteil im Bauteil gezielt einstellen. Bei auf Polypropylen (PP) basierendem Tepex ist eine Verdünnung des Mahlguts auf einen Fasermassengehalt von 30 % sinnvoll, da kurzfaserverstärkte PP-GF-Compounds mit höherem Fasergehalt auf dem Markt kaum verfügbar sind. Eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch eine weitere Erhöhung des Fasermassenanteils ist bei PP aufgrund der Unpolarität des Polymers nicht trivial und kann in der Regel nur mit speziellen Langfasergranulaten erreicht werden. Andere Tepex-Typen können auch unverdünnt verarbeitet oder kurzfaserverstärkter Neuware mit vergleichbarem Fasermassenanteil beigemischt werden.

Mechanische Eigenschaften wie  kurzfaserverstärkte Kunststoffe

Die Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit des Rezyklats sind vergleichbar mit denen von handelsüblichen kurzfaserverstärkten Kunststoffen mit entsprechenden Fasergehalten. Zur Validierung dessen wurde Tepex-Mahlgut (Ausgangsmaterial: Tepex dynalite 102-RG600(x)/47%; Fasermassenanteil: 66 %) zu unterschiedlichen Anteilen einem kurzglasfaserverstärkten Durethan BKV30 (Polyamid 6 (PA 6), Fasermassengehalt: 30 %) beigemischt und direkt im Spritzgießverfahren verarbeitet. Die resultierenden mechanischen Kenngrößen Zug-E-Modul und Zugfestigkeit liegen dabei auf dem Niveau von Durethan-Typen mit vergleichbarem Fasermassenanteil (Bild 3) [3]. Die Ergebnisse konnten in verschiedenen Untersuchungen auch mit anderen Polymeren und Faserwerkstoffen bestätigt werden. [1, 4]

Zur Verifizierung wurde in Zusammenarbeit mit der Kunststofftechnik Paderborn ein Demonstratorbauteil hergestellt (Bild 4). Das Bauteil wird für Forschungszwecke eingesetzt und diente ursprünglich der Untersuchung unterschiedlicher Aspekte des Spritzgieß-Sonderverfahrens GITBlow [5]. Die Geometrie ähnelt Bauteilen, die bereits für die automobile Großserie produziert werden [6]. Die Umspritzung besteht vollständig aus einer Mischung aus 80 % Neuware und 20 % Mahlgut. Der Demonstrator zeigt, dass sich sowohl dickwandige Bereiche ohne nennenswerte Schwindung als auch dünnwandige Bereiche mit langen Fließwegen vollständig und ohne sichtbare Schwindungseffekte herstellen lassen, sofern übliche Spritzgießbedingungen beachtet werden.