Ergänzend zu den Möglichkeiten des klassischen mechanischen und des chemischen Recyclings untersucht der Automobilkonzern Audi gegenwärtig das lösungsmittelbasierte Recycling von Polymeren.

Für Kunststoffabfälle aus Automobilen bieten sich oft lösungsmittelbasierte Recyclingverfahren an. Mit diesen können auch Verbundmaterialien und mit Additiven versetzte Kunststoffe aufbereitet werden. 

Kreislaufwirtschaft in der Automobilindustrie

Recycling

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Technische Kunststoffe

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Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoff-Rezyklat

Kreislaufwirtschaft

Eine Lösung für Kunststoffabfälle aus Automobilen

Die Vorhersage der Qualität von Rezyklaten ist sehr komplex. Das Forschungsprojekt PlasticBond hat dabei nun vielversprechende Fortschritte erzielt.

Die Eigenschaften von Rezyklaten müssen genau untersucht werden.

Eigenschaften und Verunreinigungen bei recycelten Kunststoffen

Polyethylen

Polypropylen

Qualität von Kunststoffrezyklaten genau bestimmen

Die K 2022 bot eine riesige Auswahl an Neuheiten und Anwendungsbeispielen für und mit nachhaltigeren Materialien. Ein Überblick über die vorgestellten Nachhaltigkeits-Highlights.

Aus Abgasen werden Schuhe: Gentechnisch veränderte Bakterien machen aus Abgasen Ethanol, aus dem anschließend Kunststoff etwa für die Schuhe Cloudprime von On hergestellt wird. 

Thermoplastische Elastomere

Silikone

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Masterbatches

Additive

Polylactid

Polyamide

Biokunststoffe

Effektpigmente

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

Die Bundesregierung arbeitet an einer nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie. Über diese sprach Kunststoffe mit Dr. Alexander Kronimus von PlasticsEurope.

Interview zur nationalen Kreislaufwirtschaftsstrategie der Bundesregierung

Streifinger, Florian

„Die Kreislaufführung von Kunststoffen reicht nicht aus“

Die Qualität von Rezyklaten lässt sich sehr gut durch geeignete Additive verbessern. Ein Überblick über die Vielfalt der Produkte und deren Anbieter.

Stabilisatoren

Vitamine für die Kreislaufwirtschaft

Die Automobilhersteller haben ehrgeizige Nachhaltigkeitsziele für ihre Fahrzeuge formuliert. Darüber sprachen wir mit Frank Schumann von Trinseo.

Batterien

Energiespeicherung

Elektromobilität

Mobilität

Lichttechnik

„Es spricht nichts gegen den Einsatz von Rezyklaten für anspruchsvolle Bauteile“

Der ENTEX-Laborextruder LWE 30 bietet vielseitige Möglichkeiten für die Prozess- und Produktentwicklung in der Kunststoff-, Gummi- und Lebensmittelindustrie.

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Temperieren

Wärmebehandlung

Standardkunststoffe

Kunststoffverarbeitung

Dienstleistungen

Lohnfertigung

Duroplaste

Hochleistungskunststoffe

Extrudieren (KU)

Compoundieren

Erforschen Sie Ihre Ideen und entwickeln Sie Ihre Produkte

Für Consumer- und Industrieanwendungen hat Kraiburg TPE ein thermoplastisches Elastomer (TPE) entwickelt. Es besteht dem Unternehmen zufolge aus bis zu 40 % Post-Consumer-Rezyklat (PCR).

Das TPE wird unter anderem aus Haushaltsabfällen hergestellt.

Compound

Bis zu 40 Prozent PCR-Anteil

Wie Kreyenborg mithilfe von Infrarot Gerüche in Kunststoffrezyklaten reduziert.

Alles frisch: Das zweistufige Verfahren IR-Fresh entfernt unangenehme Gerüche aus Rezyklaten.

Infrarotstrahler

Materialhandling

IR-Fresh minimiert Gerüche in PCR-Granulaten

Prof. Dr. Rudolf Pfaendner ist Leiter Bereich Kunststoffe am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt und Tagungsleiter des 5. Praxisforum Kunststoffrezyklate am 29. und 30. März 2023.

Rezyklate müssen Neuware-Kunststoffe ersetzen. Der Trend geht zu hochwertigen Rezyklaten. 18 Fachvorträge aus Forschung und Praxix.

Schröder, Susanne

„Es gibt eine klare Trendwende hin zu Qualitätsrezyklaten“

Die fünf Vorteile des Whitepapers und wie Sie das Summary gestalten sollten, um Leads für Ihren Vertrieb zu generieren.

Extrusion

Spritzgießen

Instandhaltung

Werkzeug- und Formenbau

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Blasfolienextrusion

Extrusionsanlagen

Whitepaper Beispiel-Artikel

Auf den Etiketten finden sich immer häufiger Hinweise auf den Rezyklatanteil bei der Materialzusammensetzung. Doch was genau steckt hinter dem Begriff?

Aus alt wird neu: Was sind Kunststoffrezyklate?

16:9

Was sind eigentlich Rezyklate?

In der Herstellung von PET-Getränkeflaschen kommt dem Einsatz von rPET eine immer größere Bedeutung zu. Laut einer Studie lag die rPET-Quote im Jahr 2021 bei 44,8 Prozent, Tendenz weiter steigend.

PET-Getränkeverpackungen werden nachhaltiger.

Verpackungsmittel aus Kunststoffen

Polyethylenterephthalat

Einsatz von rPET steigt auf 44,8 Prozent

Erfolgreiches Recycling mal anders – Sirmax wird dafür mit dem Racer Edge Award 2022 ausgezeichnet. Der Compoundeur erhält ihn für die Wiederverwendung eines ehemaligen General-Motors-Geländes.

Lorenzo Ferro (d. v. l.), Country Manager von Sirmax North America, nahm die Auszeichnung in Oklahoma City von den Verantwortlichen des Racer-Trusts, Bob Hare, Bruce Rasher und Elliott P. Laws (v.l.nr.), entgegen.

Compoundeure

Handel

Polypropylen-Compound

Unternehmen und Unternehmer

Wirtschaft

Sirmax erhält US-Auszeichnung und investiert umfangreich

Evonik stellt auf der K 2022 einen nachhaltigeren Hochleistungskunststoff aus seiner eCO-Reihe vor.

Das PEBA wird zu 50 % aus chemisch recycelten Altreifen hergestellt.

Thermoplastisches Elastomer aus Recyclingrohstoffen

Altreifen zu Schuhsohlen

Mit Rezyklaten den CO2-Fußabdruck von Dichtungen und Interieur-Bauteilen reduzieren

Der Einsatz von TPE-Materialien mit Rezyklatanteil hilft bei der Umsetzung der Nachhaltigkeitsanforderungen der Automobilindustrie. Aufbereitete Kunststoffe werden dabei zunehmend auch für anspruchsvolle Teile im Fahrzeug verwendet. Beispielsweise kommen sie trotz hoher Geruchs- und Emissionsanforderungen immer öfter in sensiblen Innenraumanwendungen zum Einsatz.

Der Einsatz von TPE-Materialien mit Rezyklatanteil erhöht die Nachhaltigkeit von Fahrzeugen. Sie werden verstärkt auch im Innenraum verwendet.

In den letzten Jahren ist die Nachhaltigkeit der verwendeten Materialien verstärkt in den Fokus von Industrie und Verbrauchern gerückt. Besonders deutlich zeigt sich das in der Automobilindustrie. Viele OEM haben sich ehrgeizige Ziele für den Rezyklateinsatz gesetzt. Volvo möchte beispielsweise bis 2025 in jedem neuen Auto mindestens 25 % an Rezyklaten einsetzen [1]. Renault erreicht bereits gegenwärtig eine Rezyklateinsatzquote von 33 % bei in Europa produzierten Fahrzeugen [2]. Ein ähnlicher Wert wird auch von BMW und Mercedes-Benz angestrebt. Bis 2030 soll bei beiden der Anteil an Sekundärrohstoffen in allen Modellen auf durchschnittlich 40 % ansteigen [3, 4].

Eine höhere Quote stellt jedoch viele neue Anforderungen an die Materialien, da auch komplexere Bauteile mit Rezyklaten umgesetzt werden müssen. Gute Beispiele dafür sind Interieur-Sichtteile und Dichtungen. Beide waren bis vor Kurzem mit aufbereiteten Kunststoffen noch nicht produzierbar. Mit neuen thermoplastischen Elastomeren (TPE) können mittlerweile aber sogar solche anspruchsvollen Anwendungen realisiert und damit die Rezyklatquote erhöht sowie der CO2-Fußabdruck gesenkt werden.

Im Allgemeinen gibt es derzeit auf dem Markt zwei verschiedene Arten von recycelten Kunststoffabfällen: Post-Industrial- (PIR), auch Pre-Consumer-Rezyklat genannt, und Post-Consumer-Rezyklat (PCR). Die Unterscheidung erfolgt dabei in aller Regel nach der Norm ISO 14021. Sie definiert die Kategorien folgendermaßen: PIR wird aus dem Abfall gewonnen, der in einem Produktionsprozess anfällt. Dabei dürfen allerdings keine Reste eingesetzt werden, die sich im ursprünglichen Produktionsprozess erneuten hätten nutzen lassen. Möglich sind Spritzgussangüsse und Extrusionsrandbeschnitte, bevorzugt aus hochwertigen Produkten wie beispielsweise Lebensmittel-, Hygiene- und Medizinanwendungen.

Im Gegensatz dazu wird PCR aus den Abfällen von Endverbrauchern gewonnen. Denkbar sind beispielsweise Quellen aus der Altfahrzeugverwertung und aus Wertstoffsammlungen. Bereits aus diesen Definitionen lässt sich leicht erkennen, dass PIR generell einfacher in sortenreiner Qualität und auch hellen Farben zu erhalten ist als PCR (Bild 1). Letzteres ist außerdem meist von geringerer Qualität.

Kunststoffabfälle, beispielsweise aus der Industrie oder Wertstoffsammlungen, werden beim mechanischen Recycling zerkleinert, getrennt und anschließend zu einem Mahlgut oder Regranulat verarbeitet. Dieses wird dann als Rohstoff etwa für TPE-Compounds benutzt, die schlussendlich mittels Spritzgießen oder Extrusion zum jeweiligen Bauteil verarbeitet werden. Aufgrund der unterschiedlichen Qualität der Abfälle ist es sehr wichtig, abhängig von Marktsegment und Herkunft, den richtigen Typ von Rezyklat auszuwählen.

Ergänzend zu solchen mechanischen Rezyklaten wird derzeit auch intensiv daran gearbeitet, Rezyklate auf chemischem Wege zu generieren, beispielsweise durch Pyrolyse oder Depolymerisation. Diese Verfahren sind jedoch größtenteils noch in der Versuchsphase und kommerziell relevante Mengen kaum verfügbar.

Der Automobilbereich ist historisch gesehen eines der wichtigsten Segmente für den Einsatz von Rezyklaten, obwohl die technischen Anforderungen an die Materialien in der Regel hoch sind. Damit ein Material für ein Bauteil eingesetzt werden kann, muss sichergestellt sein, dass die Materialqualität über die komplette Laufzeit konstant bleibt. Außerdem muss unabhängig von der genauen Anwendung gewährleistet sein, dass ausreichend Material über die gesamte Modelllaufzeit geliefert werden kann. Die Rezyklatquelle muss somit ausreichend groß und zuverlässig sein. Trotzdem hat sich die Automobilbranche die erwähnten, hohen Ziele für den Rezyklateinsatz gesetzt. Für jedes Bauteil muss deshalb evaluiert werden, ob und wie es mit Rezyklat umgesetzt werden kann.

Der naheliegendste Fall für den Einsatz von Rezyklaten sind Exterieur-Anwendungen wie Radhausschalen, Trittleisten und Schmutzfänger. Je nach Härte der Anwendung sind dabei auch sehr hohe Rezyklatanteile von > 50 % möglich. Es kann außerdem sogar PCR eingesetzt werden. PCR-Materialien haben meist einen stärkeren Geruch, der bei solchen Anwendungen allerdings weniger relevant ist. Nur solche Bauteile mit Shore-Härte D und geringen Anforderungen sind jedoch nicht ausreichend, um einen hohen Anteil an aufbereiteten Kunststoffen im Fahrzeug zu erreichen. Deshalb werden zunehmend auch weichere Anwendungen auf beispielsweise TPE mit Rezyklatanteil umgestellt.

Zu solchen Anwendungen gehören verschiedene Dichtungen im Bereich der Luft- und Wassertrennung sowie Scheibendichtungen, die meist im Härtebereich von etwa 60 bis 90 Shore A ausgeführt werden. Neben der geringeren Härte müssen solche Materialien auch ein ausreichendes Rückstellverhalten und eine entsprechende Dichtfunktion bieten, um ihre Funktion zu erfüllen. Des Weiteren haben solche Bauteile häufig lange Fließwege und relativ komplexe Geometrien, weshalb sehr fließfähige Materialien benötigt werden. Für Profildichtungen sind stabil extrudierbare Materialien mit einem niedrigen Druckverformungsrest unter 40 % (bei 70 °C und 22 h) notwendig.

Für Anwendungen im Motorraum können ebenfalls TPE mit Rezyklatanteil eingesetzt werden. Dabei ist jedoch zu beachten, mit welchen Medien sie in Kontakt kommen und welchen Temperaturen sie ausgesetzt sind. Bei solchen hohen Anforderungen muss unter Umständen auf vulkanisierte TPE (TPV) ausgewichen werden. Bei diesen lässt sich zwar auch Rezyklat verwenden, aber der prozentuale Anteil ist stärker limitiert.

Ein schwierigeres Anwendungsfeld für TPE mit Rezyklatanteil ist der Automobilinnenraum. In diesem existieren viele Anforderungen an die Materialien, die sich mit mechanische aufbereiteten Kunststoffabfällen nur schwer umsetzen lassen.

TPE mit Rezyklatanteil für das Interieur

Zum Beispiel ist es im Interieur unbedingt erforderlich, dass die eingesetzten Materialien nicht riechen. Das ist besonders wichtig, da der Geruch der Werkstoffe durch den begrenzten Raum im Fahrzeug und erhöhte Temperaturen durch Sonneneinstrahlung um ein Vielfaches verstärkt wird. Aus diesem Grund werden Geruchstests im Automobilsektor bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei 80 °C, durchgeführt.

Neben diesen Anforderungen müssen TPE für den Innenraum gut verarbeitbar sein, um optisch einwandfreie Oberflächen herstellen zu können. Typische Anwendungen sind beispielsweise Matten, Luftsteuerelemente und weiche Elemente zum Klapperschutz etwa in der Mittelkonsole (Bild 2). Die weiteren Anforderungen der OEM für den Innenraum wie Emissionsgrenzwerte, Mechanik, Wärmebeständigkeit sowie Lichtechtheit sind selbstverständlich auch von Materialien mit Rezyklatanteil zu erfüllen. Diese Anforderungen und auch die regulatorische Unbedenklichkeit, beispielweise die Einhaltung der GADSL- und Reach-Vorgaben, müssen auch von Rezyklatmaterialien langfristig gewährleistet sein.

Wie erwähnt, waren insbesondere der Geruch und die Emissionen von Rezyklaten in der Vergangenheit problematisch, weshalb erst jetzt die ersten für den Innenraum einsetzbaren TPE mit Rezyklatanteil verfügbar sind. Ein Beispiel dafür sind Dryflex Circular TPE mit PIR-Rezyklatanteil von Hexpol TPE. Ihre Emissionswerte liegen deutlich unter den üblichen, von OEM geforderten Grenzwerten (Tabelle). Je nach Härte und genauen Anforderungen des Bauteils sind im Innenraum Rezyklatanteile von ca. 20 bis 50 % realisierbar.

Durch den Einsatz von Rezyklaten ist es außerdem möglich, den CO2-Fußabdruck von TPE-Compounds zu reduzieren. Die Höhe der Reduzierung hängt ab von den eingesetzten Rohstoffen und der Art des verwendeten Recyclingtyps. Weiterhin spielt die Kalkulationsmethode und das verwendete Modell mit dessen Systemgrenzen eine wichtige Rolle. Für intermediäre Produkte wird häufig der Cradle-to-Gate Ansatz nach ISO 14040, ISO 14044 und ISO 14067 verwendet.

CO2-Fußabdruck von Rezyklaten

Die wesentlichen Einflussfaktoren auf den CO2-Fußabdruck eines TPE-Compounds sind die eingesetzten Rohstoffe, der Transport der Rohstoffe sowie die Compoundierung und die Verpackungsmittel. Der größte Anteil mit > 85% entfällt dabei auf die verwendeten Rohstoffe. Dieser ergibt sich aus dem hohen, oft noch fossilen Energieaufwand zur Synthese der Monomere und deren Polymerisierung. Im Vergleich dazu ist der Energieaufwand und der damit verbundene CO2-Ausstoß zur Aufbereitung von Rezyklaten meistens geringer.

Nach Berechnung von Hexpol TPE kann das Treibhauspotenzial bei einem 85-Shore-A-Material um 23 % sinken, wenn 30 % PIR eingesetzt wird. Ein ähnliches Resultat ergibt sich durch den Einsatz von 40 % PCR in einem 40-Shore-D-TPE: Das Treibhauspotenzial reduziert sich um 26 % (Bild 3).

Neben Materialien mit Rezyklatanteil ist es auch möglich, TPE mit biobasiertem Anteil für Anwendungen im Automobilbereich einzusetzen. Als Rohstoffe dafür können beispielsweise Polymere, Weichmacher oder Füllstoffe auf Basis von Ölpflanzen, Zuckerrohr oder Faserpflanzen dienen. Hexpol TPE hat zum Beispiel bereits eine biobasierte Einlegematte realisiert (Bild 4), die die üblichen Anforderungen für den Automobilinnenraum etwa hinsichtlich der Lichtbeständigkeit und der niedrigen Emissionswerte erfüllt. Als Biofüllstoff bringt auch Kork diverse Vorteile wie eine niedrige Dichte, interessante Designaspekte und einen geringen CO2-Fußabdruck.

Es ist möglich, mit der richtigen Rohstoffauswahl auch Automotive-Anwendungen im Shore-A- und -D-Härtebereich mit Rezyklatanteilen umzusetzen. Je nach Anwendungen lassen sich auf diese Weise Recyclinganteile bis 50 % umsetzen. Das ermöglicht es Zulieferern und OEM, ihre Zielsetzungen für mehr Nachhaltigkeit zu erreichen. Mit weicheren Rezyklaten und mehr wiederverwerteten Materialien wird es in Zukunft möglich sein, den Recyclinganteil noch mehr zu erhöhen, ohne dabei Kompromisse bei der Materialperformance machen zu müssen.

Durch eine enge Zusammenarbeit von OEM, Zulieferern, Compoundeuren, Recyclern und Rohstoffherstellern lässt sich der Umstieg auf nachhaltigere Materialien im Fahrzeugbau beschleunigen. Neben verschiedenen OEM-Kooperationen ist Hexpol TPE auch Teil des Polestar-0-Projekts, in dem ein klimaneutrales Fahrzeug entwickelt wird [5]. Eine Kooperation mit Almaak ermöglicht außerdem die passgenaue Kombination von TPE und technischen Thermoplasten mit Rezyklatanteil für das 2K-Spritzgießen [6].

[1] <a href="https://www.media.volvocars.com/ch/de-ch/media/pressreleases/230703/ab-2025-stecken-in-jedem-neuen-fahrzeug-von-volvo-cars-25-prozent-recyclingkunststoffe" target="_blank">https://www.media.volvocars.com/ch/de-ch/media/pressreleases/230703/ab-2025-stecken-in-jedem-neuen-fahrzeug-von-volvo-cars-25-prozent-recyclingkunststoffe</a>

[2] <a href="https://www.renaultgroup.com/en/news-on-air/news/circular-economy-moving-up-a-gear/" target="_blank">https://www.renaultgroup.com/en/news-on-air/news/circular-economy-moving-up-a-gear/</a>

[3] <a href="https://group.mercedes-benz.com/nachhaltigkeit/ressourcen/kreislaufwirtschaft.html" target="_blank">https://group.mercedes-benz.com/nachhaltigkeit/ressourcen/kreislaufwirtschaft.html</a>

[4] <a href="https://www.press.bmwgroup.com/deutschland/article/detail/T0403367DE/bmw-group-nachhaltigkeit-durch-innovation-2022" target="_blank">https://www.press.bmwgroup.com/deutschland/article/detail/T0403367DE/bmw-group-nachhaltigkeit-durch-innovation-2022</a>

[5] <a href="https://media.polestar.com/de/de/media/pressreleases/659180" target="_blank">https://media.polestar.com/de/de/media/pressreleases/659180</a>

[6] <a href="https://almaak.de" target="_blank">https://almaak.de</a>/

HEXPOL TPE GmbH  

https://www.hexpoltpe.com

Ausgabenartikel KU02-23

Tabelle. Typische Geruchs- und Emissionswerte von Dryflex Circular TPE mit Rezyklatanteil

Die passende Auswahl an hochwertigen Rezyklaten ermöglicht den Einsatz in anspruchsvollen Automobilanwendungen.  

Bild 1. Beispiel für einen typischen Recyclingprozess aus PIR- und PCR-Quellen: In der Regel ist die Qualität bei PIR höher und sie lassen sich einfacher erneut für Kunststoffprodukte verwenden. 

Bild 2. Der Einsatz von Recyclingkunststoffen bei Luftsteuerelementen erfordert eine sehr hohe Rezyklatqualität. 

Bild 3. Reduzierung des Treibhauspotenzials durch Rezyklate (berechnet in kg CO2e/kg Material): Sowohl mit PIR- als auch PCR-Materialien sind deutliche Einsparungen möglich.

Bild 4. Auch biobasierte TPE lassen sich in Interieur-Anwendungen, etwa für Einlegematten, sehr gut einsetzen.

KU 3-23_Hexpol TPE - Hauptartikel

TPE mit Rezyklatanteil für Interieur-Bauteile

Florian Dresel, M. Sc., ist Central Research Engineer bei Hexpol TPE.

Dr. Thomas Köppl ist Group Product Manager bei Hexpol TPE; <a href="mailto:thomas.koeppl@hexpoltpe.com">thomas.koeppl@hexpoltpe.com</a>

Dipl.-Chem. Michael Walter ist Business Development Manager bei Hexpol TPE.

Hexpol TPE ist eine weltweit operierende Unternehmensgruppe im Bereich des Polymer-Compoundings, die sich auf thermoplastische Elastomere spezialisiert hat. Die hergestellten TPE werden für Anwendungen im Konsumgütermarkt, der Medizinbranche, der Verpackungsindustrie, dem Automobilsektor, der Elektronikindustrie und dem Baugewerbe eingesetzt. Der deutsche Standort befindet sich im oberfränkischen Lichtenfels.

<a href="http://www.hexpol.com" target="_blank">www.hexpol.com</a>