Das Treibhausgas CO2 kann mithilfe neuer Technologien und zusammen mit weiteren chemischen Derivaten zu Kunststoff-Vorprodukten umgewandelt werden. Covestro entwickelt auf dieser Rohstoffbasis nachhaltige Dämmstoffe für den Bausektor.

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Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

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Kunststoff-Halbzeuge

Baubetrieb / Bauwirtschaft

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Polyurethan

Kunststoff

Dämmplatten für Gebäude binden Treibhausgase CO2

Die Geschäftsführung der Hennecke Group besteht zukünftig aus dem CEO Thomas Wildt, CSO Rolf Trippler und dem neuen kaufmännischen Geschäftsführer.

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Hennecke Group mit neuem CFO

Zentrales Thema in allen Polyurethan-Anwendungen ist die Umstellung der bisherigen Linearökonomie auf eine Kreislaufwirtschaft und der Einsatz von nachhaltigen Rohstoffen für die Herstellung dieses Kunststoffs. Dafür setzen die Hersteller unter anderem auf biobasierte Rohstoffe, chemisches Recycling und verwenden CO2 als Synthesebaustein. Digitalisierung, Elektromobilität, autonomes Fahren und die Baubranche treiben außerdem die PUR-Entwicklung voran.

Polyurethan (PUR): Effizienzsteigerungen im Ressourcenverbrauch und in der Produktion

Bauchemie

Automotive

Elektronik

Windkraft

Energieerzeugung

Erneuerbare Energie

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Nachhaltiges Wachstum

Im Rahmen des Projekts PU Kasch entwickelte ein Forschungskonsortium eine wirtschaftliche und emissionsarme Verfahrensvariante zur kontinuierlichen Herstellung textiler Laminate.

Kaschiermaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Sondermaschinen

Lehrstühle und Institute

Dienstleistungen

Hochschulen

Beschichten, Kaschieren, Laminieren

Extrusion

Technik Trend

kunststoffe.de

Alternative zur Flammkaschierung von Polyurethanschäumen

Das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) hat ein neues Technikum für Extrusion in Betrieb genommen. In Fokus stehen dabei Anwendungen aus den Bereichen Medizintechnik sowie nachhaltige Materialien.

Medizintechnik (KU)

Kunststoffverarbeitung

Extrusionsanlagen für KU-Verarbeitung

Extrusionsanlagen

TITK nimmt neues Extrusionstechnikum in Betrieb

Das EU-Forschungsprojekt Carbon4PUR ist erfolgreich abgeschlossen. Das Projekt hat sich mit der Frage beschäftigt, wie sich Hochofengas aus der Stahlherstellung als Kohlenstoffquelle für Kunststoffe einsetzen lassen und Antworten gefunden.

Wertstoffe aus dem Schornstein

Nun ist der Verkauf abgewickelt – Covestros ehemalige Polyurethan-Systemhäuser wechseln zum Finanzinvestor H.I.G. Capital. Kunststoffe sprach pünktlich zum Start des Unternehmens mit dem neuen Geschäftsführer Dr. Jörg Schottek.

Interview zum Verkauf der Polyurethan-Systemhäuser von Covestro

Unternehmen und Unternehmer

Wirtschaft

„Wir möchten uns über Zukäufe in  Italien erweitern“

Beim chemischen Recycling können aus Kuntstoffabfällen mithilfe von leistungsfähigen Prozessen hochwertige Ausgangsstoffe für neue Kunststoffprodukte gewonnen werden.

Solvolyse mit unterschiedlichen Lösungsmitteln im Praxiseinsatz

Recycling

Umweltmanagement

Maßgeschneiderte Polyole aus  Kunststoffabfällen

Aus Polyurethan und Polycarbonat entsteht bei Covestro ein ganzer Strauß an Produkten für alle wichtigen Anwendungsbereiche. Nach Bayer-Ausgründung und Börsengang steht nun ein internes Effizienzprogramm an.

Covestro setzt auf Digitalisierung und Nachhaltigkeit

Messe K-Kunststoffmesse

Polycarbonat

Thermoplaste

Moleküle in Echtzeit überwachen

Der Innovationstag hat längst Tradition, und dieses Jahr fiel er mit dem zwanzigjährigen Firmenjubiläum zusammen.

Die BBG präsentierte sich mit Partnern vor internationalen Gästen

Werkzeug- und Formenbau

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

PUR-Schäummaschinen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Dichtungsschäumen

Schäumwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Formenträger-Fest in Mindelheim

Zukünftig wird das Geschäft mit Polyurethan (PUR) stark von der Digitalisierung und dem Aufbau geschlossener Stoffkreisläufe geprägt sein.

Polyurethan (PUR)

Schaumstoffe

Standardkunststoffe

Absatz erreicht 20 Mio. Tonnen

Auf den ersten Blick stand die K in diesem Jahr ganz klar im Zeichen von Recycling und Kreislaufwirtschaft. Abseits dieser Themen waren aber auch in klassischen Kunststoffbereichen wie Automotive viele Neuerungen zu besichtigen.

Automobiltrends auf der K 2019

Elektromobilität

Mobilität

Streifinger, Florian

Verbände, Institutionen, Messen

Polyamide

Elektromobilität und ein Konzeptfahrzeug

Premiere feierte die Misch- und Dosiermaschine RimStar Smart mit dem kleinsten Footprint in ihrem Segment im Online-Kanal Hey!Talk von KraussMaffei.

Kleiner Flächenbedarf und neues Bedienkonzept

Mischer

Lohnfertigung

Wiege- und Dosiersysteme

Logistik

Verpackungstechnik

PUR-Dosiertechnik für die Praxis

PUR-Schaumstoffe lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Blockschaumstoffe, die im Gießverfahren hergestellt werden, und Formschaumstoffe, die in geschlossenen Werkzeugen geschäumt werden.

Reaktionsharze

Polyurethan-Schäumsysteme

Die Betrachtung der Diisocyanate unter REACH ist abgeschlossen. Die Details zum europäischen Verfahren hat der FSK mit der Neuauflage seines REACH-Leitfadens zu Diisocyanaten aufbereitet.

Neue Restriktion im Umgang mit Diisocyanaten

CO2 ersetzt Erdöl in der Kunststoffproduktion

Der stete Anstieg an Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre ist die Hauptursache für den Klimawandel. Grund dafür ist auch die Nutzung fossiler Energieträger für die Kunststoffproduktion. Ändern soll sich das durch ein neues Verfahren. Statt den Klimawandel weiter anzuheizen, wird CO2 dabei zum Baustein für hochwertige Kunststoffe.

Ein Grund für den steten Anstieg an CO2 in der Atmosphäre ist auch die Nutzung fossiler Energieträger für die Kunststoffproduktion. Ändern soll sich das durch ein neues Verfahren, bei dem CO2 zum Baustein für hochwertige Kunststoffe wird.

Trotz einiger Alternativen ist Rohöl weiterhin mit großem Abstand die hauptsächliche Quelle für Kohlenstoff. Doch die Vorräte an Öl sind begrenzt, die Nutzung betreibt Raubbau an der Natur und verändert das Klima. Ein Umdenken ist deshalb nötig und wird weltweit immer stärker auch von der Öffentlichkeit gefordert. Spätestens seit dem Abkommen von Paris ist der Weg in die nichtfossile Zukunft geebnet. Die Tage des Erdölzeitalters scheinen gezählt. Auch die Chemie- und Kunststoffbranche sucht nach Alternativen zum Öl, um die Rohstoffbasis zu verbreitern.

Andere Quellen für den in Kunststoffen verwendeten Kohlenstoff sind bislang Pflanzen, aber auch Haus- und Siedlungsmüll oder gebrauchte Kunststoffe kommen zunehmend in Betracht. Seit Kurzem wird jedoch noch eine weitere Quelle diskutiert: Kohlendioxid (CO2). Einer Forschungskooperation zwischen der RWTH Aachen, der Covestro AG aus Leverkusen und dem CAT Catalytic Center, Aachen, ist es nun gelungen, das Treibhausgas in der Kunststoffproduktion zu nutzen.

Was so einfach klingt, ist tatsächlich ein sehr schwieriges Unterfangen. Denn als Endprodukt der Verbrennung ist CO2 extrem reaktionsträge. Um das Gas zur Reaktion zu bringen, wird viel Energie benötigt. Aus ökologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist das Verfahren deshalb ineffizient. Eine Hürde, an der bisher weltweit alle Versuche zur Nutzbarmachung von CO2 scheiterten.

Diese Hürde konnten die drei Forschungspartner nun überwinden. Das Verfahren hat das Potenzial, die Kunststoffherstellung nachhaltig zu verändern, eine echte „Dream Reaction“. Entscheidend dafür ist ein Katalysator. „Wir haben nach akribischer Suche den einen passenden Katalysator entdeckt, der die gewünschte Reaktion mit CO2 so steuert, dass das optimale Produkt dabei herauskommt“, erzählt Dr. Christoph Gürtler, Leiter der Katalyseforschung von Covestro.

Parallel dazu musste die technische Umsetzung geplant und entwickelt werden. Zunächst gelang die Durchführung im Labor, anschließend wurde eine kleine Pilotanlage bei Covestro in Leverkusen errichtet, darauf folgte ein weiterer Scale-up mit einer Demonstrationsanlage am benachbarten Standort Dormagen. Diese besitzt ein Volumen von 5000 t/a. Covestro stellt dort bereits seit 2016 mit CO2 als Rohstoff Polyol für Polyurethane (PUR) her (Bild 1). Dadurch kann der Verbrauch von fossilen Energieträgern für die PUR-Produktion reduziert werden. In dem neuen Verfahren lassen sich nun bis zu 20 % an fossilen Rohstoffen durch CO2 ersetzen. PUR wird häufig zu Schäumen verarbeitet für Matratzen, Möbel und Autoteile sowie Dämmstoffe für Gebäude und Kühlgeräte. Zwischen 1960 und 2018 wuchs der jährliche weltweite Verbrauch von 50 000 auf rund 20 Mio. t. Und die Tendenz ist weiterhin steigend. Gegenwärtig wird ein durchschnittliches Marktwachstum von ungefähr 5 % pro Jahr prognostiziert. Mit der Verwendung von CO2 als Rohstoff ergäbe sich somit eine deutliche Reduktion von Treibhausgasemissionen.

Das CO2 reagiert dabei, geleitet durch den auf Zink basierenden Katalysator, mit Propylenoxid und wird chemisch fest in die Polymerkette eingebunden. Der Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und steuert die chemische Reaktion so, dass die CO2-Moleküle an der richtigen Stelle eingebunden werden. Ein besonderer Clou besteht darin, dass das Verfahren die nötige Energie aus sich selbst heraus bezieht, oder genauer gesagt aus der Restmenge an energiereichem Propylenoxid.

Das Verfahren ist nicht nur ökologisch nachhaltig, sondern sorgt auch für eine hohe Qualität der Produkte. Die CO2-basierten Polyole und die darauf beruhenden PUR besitzen mindestens die gleiche Qualität wie solche aus traditioneller, komplett erdölbasierter Produktion. Aus diesem Grund ist das Interesse an dem Material groß, und es wird auch bereits von einigen Unternehmen genutzt.

Zunächst wurden die CO2-basierten Polyole zur Herstellung weicher Schaumstoffe für Matratzen und Polstermöbel verwendet. Hersteller wie Recticel, Evere/Belgien, bieten bereits entsprechende Produkte am Markt an. Seither verbreitert sich das Spektrum an Anwendungen kontinuierlich. Im Herbst 2018 kamen entsprechende Vorprodukte für Bindemittel in Sportböden hinzu (Bild 2). Die Premiere erfolgte auf dem Spielfeld eines renommierten Hockeyclubs im niederrheinischen Krefeld. Seit 2019 sind auch elastische Fasern mit CO2 an der Schwelle zur Marktreife. Erste Unternehmen aus der Textilindustrie und Medizintechnik haben das Material bereits testweise in Socken (Bild 3), Kompressionsschläuchen und Bändern verarbeitet. Im Gegensatz zur traditionellen Produktion werden keine Lösungsmittel eingesetzt. Zudem weisen die neuartigen Fasern eine bessere Ökobilanz auf. „Das CO2-basierte Material könnte in naher Zukunft eine nachhaltige Alternative für herkömmliche elastische Fasern sein“, meint etwa Prof. Thomas Gries, Direktor des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen und einer der Projektbeteiligten.

Neben Fasern, Schaumstoffen und Bindemitteln kommen aber noch viele weitere Einsatzgebiete infrage. Covestro arbeitet mit weiteren Partnern an neuen Anwendungsmöglichkeiten der Technologie. Zusammen mit der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) testet das Unternehmen beispielsweise den Einbau von CO2 in sogenannte grenzflächenaktive Substanzen. Diese können unter anderem in Waschmitteln eingesetzt werden. Im Rahmen der hausinternen „Start-up Challenge“ stellte ein Covestro-Team auf der Kunststoffmesse K 2019 bereits ein Geschäftsmodell für dieses Anwendungsfeld vor.

Die neueste Weiterentwicklung ist die Verbindung von CO2 und anderen nachhaltigen Kohlenstoffquellen. Zur K-Messe präsentierte Covestro einen Konzeptschuh, der nur auf thermoplastischem Polyurethan (TPU) basiert (Bild 4). Erstmals wurde der für die TPUs verwendete Kohlenstoff zum Teil aus Biomasse und zum Teil auch aus CO2 gewonnen. Das Monomaterial bietet außerdem große Vorteile für das Recycling. Dadurch entfällt die aufwendige Trennung von verschiedenen Kunststoffarten. „Das Plus bei der Nachhaltigkeit bedeutet nicht, dass bei den Eigenschaften oder beim Design des Schuhs irgendwelche Abstriche gemacht werden müssten“, betont Wilson Chan, TPU-Experte bei Covestro.

Die Einsatzgebiete sind somit bereits jetzt vielfältig. Entwickelt sich die Marktakzeptanz weiterhin derart positiv wie zurzeit, ist die Produktion von Polyolen mit CO2 im großindustriellen Maßstab von 100 000 t/a und mehr denkbar. Covestro evaluiert gerade die Umsetzung. Gleichzeitig wird in zahlreichen, auch industrieübergreifenden Konsortien an weiteren Einsatzmöglichkeiten von CO2 als neuem Rohstoff für Kunststoffe geforscht. Beispielsweise arbeitet ein von Covestro geführtes Leuchtturmprojekt von 14 Partnern aus sieben Ländern Europas daran, CO2 aus der Stahlproduktion für die Kunststoffherstellung zu nutzen.

CO2 als Rohstoff auch für andere Kunststoffe?

Neben den eigenen Entwicklungen zu einer stärkeren CO2-Nutzung versucht Covestro außerdem, andere Unternehmen und Personen dabei zu unterstützen. Etwa als Sponsor des neuen Innovationspreises „Best CO2 Utilisation 2019“, den das renommierte nova-Institut, Hürth, vergibt. Bei der Erstverleihung wurden Anfang 2019 drei junge Firmen aus Kanada, Norwegen und Deutschland ausgezeichnet. Sie können aus CO2 Treibstoff, Chemikalien und sogar Beton herstellen. Der Preis zeigt, welche Bedeutung das Thema inzwischen hat und wie viel weltweit auf diesem Gebiet bereits passiert. Deshalb darf der fachliche Austausch zwischen allen Beteiligten nicht fehlen. Aus diesem Grund haben Covestro, die Branchenvereinigung Dechema und die TU Berlin den „Rohstoffgipfel“ ins Leben gerufen. Er findet seit 2017 jedes Jahr an der TU Berlin statt und bringt Vertreter aus Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft zusammen. In diesem Rahmen wird auch der Preis „Ressource Innovator“ verliehen. 2018 erhielten die Trophäe mehrere internationale Start-ups, die die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen vorantreiben.

Für Covestro ist die CO2-Nutzung für PUR ein Modell für die gesamte Kunststoffbranche. Das Unternehmen möchte das Treibhausgas für so viele weitere Kunststoffarten wie möglich als Rohstoff verwenden und auf diese Weise eine große Mengen an fossilen Rohstoffen ersetzen. Für das langfristige Ziel einer nachhaltigeren Nutzung von Ressourcen und eines geschlossenen Kohlenstoffkreislaufs wäre das ein bedeutender Schritt. Das neue Verfahren zeigt auf jeden Fall, dass sich auch komplexe Herausforderungen der Verfahrenstechnik bewältigen lassen.

Covestro Deutschland AG  

https://www.covestro.de

Ausgabe-2020-01

Die Erfinder des Verfahrens Dr. Berit Stange (links), Prof. Walter Leitner (zweiter von rechts) und Dr. Christoph Gürtler (rechts) mit Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier (zweiter von links) auf der Preisverleihung in Berlin

Die Demonstrationsanlage von Covestro in Dormagen produziert 5000 t/a Polyole mit CO2-Anteil. Gegenwärtig prüft das Unternehmen einen großindustriellen Ausbau der Produktion auf 100 000 t/a

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Bild 1. Bei dem unscheinbaren weißen Pulver in der hinteren Flasche handelt es sich um den Katalysator. Er macht die CO2-Reaktion zu Polyol (vorne im Bild) erst möglich

Bild 2. Das CO2-basierte PUR wird bereits für Bodenbeläge von Hockeyplätzen verwendet

Bild 3. Ob sich CO2 als PUR-Rohstoff für Textilien durchsetzt, muss sich noch zeigen. Erste Unternehmen prüfen aber bereits den Einsatz. Für entsprechende Socken gibt es zum Beispiel bereits Muster

Bild 4. Auf der K 2019 stellte Covestro einen vollkommen auf TPU basierenden Schuh vor. Er wurde ebenfalls zu einem Teil aus CO2 hergestellt

Covestro - Hauptartikel

Dass die Nutzung von CO2 als Rohstoff für Kunststoffe eine clevere Idee ist, fanden nicht nur die Entwickler des Verfahrens, sondern sie überzeugten damit ebenfalls die Jury des Deutschen Zukunftspreises. Diese nominierte deshalb die drei Erfinder Dr. Berit Stange, Dr. Christoph Gürtler (beide Covestro) und Prof. Walter Leitner (RWTH Aachen) als eines von drei Teams für das Finale des Preises 2019. Bis ganz an die Spitze hat es schlussendlich allerdings nicht gereicht: Im Finale mussten sich die drei Alexander Rinke, Martin Klenk und Bastian Nominacher von dem Start-up Celonis geschlagen geben.

Die Nominierung zeigt aber dennoch den gestiegenen Stellenwert und die gewachsene Wahrnehmung, die kunststoffbezogene Themen mittlerweile genießen. Die Nominierung ist sicherlich auch Ausdruck des gewachsenen Interesses an einer alternativen und nachhaltigeren Kunststofferzeugung.

Mit dem Deutschen Zukunftspreis (vollständiger Name: Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation) ehrt der Deutsche Bundespräsident Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für Innovationen, „die wirtschaftliches Potenzial entfalten und Arbeitsplätze schaffen“. Die Auszeichnung wird bereits seit 1997 vergeben und ist mit 250 000 EUR dotiert. Überreicht wurde sie von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier am 27. November 2019 in Berlin.

Stefan Mechnig ist Head of Strategic Communication and Thought Leadership bei Covestro; stefanpaul.mechnig@covestro.com