Waste4Future: Technologie zur vollständigen Verwertung von Kunststoffabfällen

Aktuell werden Kunststoffe nur zu einem Bruchteil im Hinblick auf einen geschlossenen Rohstoffkreislauf verwertet, während große Mengen hauptsächlich verbrannt werden. Dies führt zu vermeidbaren CO2-Emissionen. Das Ziel des Fraunhofer-Leitprojekts „Waste4Future“ ist es, kunststoffhaltige Abfälle, die bisher verbrannt wurden, durch mechanische und chemische Recyclingverfahren nutzbar zu machen.

Bewertung des Alterungszustands

Ein wesentlicher Aspekt der Recyclingkaskade war die Auswahl geeigneter Kunststoffe zur Herstellung von Prüfkörpern. Diese wurden sowohl für die Anlernung der Sensorik als auch für die chemische Charakterisierung und die Ermittlung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im Verlauf der Alterung verwendet. Um die Abfallfraktionen in „werkstofflich verwertbar“, „werkstofflich verwertbar mit passender Additivierung“ und „chemisch verwertbar“ zu klassifizieren, sollte ein Sortierkriterium entwickelt werden, das den Schädigungsgrad anzeigt.

Im Rahmen des Projekts untersuchte das Fraunhofer LBF den Alterungszustand dieser Kunststoffe. Für eine Modell-Leichtverpackungs-Fraktion wurden HDPE, LDPE, PP (Homopolymer und Copolymer), PET und mLLDPE verwendet. Diese Materialien wurden mehrfach extrudiert, um eine kurzfristige Alterung zu simulieren. Die Charakterisierung der gealterten Kunststoffe erfolgte mittels Methoden wie MVR (Melt Volume Rate), OIT (Oxidation Induction Time) und GPC (Gel Permeation Chromatography).

Für eine Modell-Schredderleicht-Fraktion (Automotive) wurden PP und PA66 untersucht. Diese Materialien wurden einer beschleunigten thermo-oxidativen Alterung unterzogen, wobei verschiedene Alterungsdauern getestet wurden. Im Zusammenhang mit der thermo-oxidativen Alterung wurde der Begriff „Kipp-Punkt“ geprägt. Dieser bezeichnet den Zeitpunkt, ab dem eine Verwertung mittels mechanischem Recycling nicht mehr möglich oder erstrebenswert ist, da die Schädigung zu stark fortgeschritten ist. Die Ergebnisse zeigten, dass PP klare Degradationstrends aufwies, mit einem "Kipp-Punkt" nach 26 Tagen. PA66 wies ein komplexes Alterungsverhalten auf, mit signifikantem Verlust der mechanischen Eigenschaften nach sieben Tagen.

Entwicklung eines Additivierungskonzepts

Ein weiterer Schwerpunkt des LBF war die Entwicklung eines Additivierungskonzepts zur Stabilisierung von Rezyklaten während der Compoundierung. Ziel war es, die Stabilität und Qualität der Rezyklate durch die gezielte Zugabe von Stabilisatoren zu verbessern. Das LBF setzte ein Online-Rheometer an einem Doppelschneckenextruder ein, um die Viskosität des Materials in Echtzeit zu messen und die Zugabe von Stabilisatoren entsprechend anzupassen.

Untersucht wurden Neuware-PP, Rezyklat-PP und PA66. Die Untersuchungen zeigten, dass eine angepasste Stabilisatordosierung die Viskosität verbesserte und die Degradation des Materials reduzierte. Fazit dieser Versuche ist, dass die Online-Rheometrie eine schnelle Formulierungsentwicklung maßgeblich steuern kann.

Industrielle Vorteile und Anwendungen

Die Ergebnisse des Fraunhofer LBF im Rahmen des Waste4Future-Projekts bieten der Industrie zahlreiche Vorteile. Durch die verbesserte Sortierung und Charakterisierung von Kunststoffen können hochwertige Rezyklate effizienter produziert werden. Die Echtzeit-Anpassung von Stabilisatoren während der Verarbeitung ermöglicht eine höhere Materialqualität und Stabilität, was die Nutzung von Rezyklaten in hochwertigen Anwendungen fördert.

Insgesamt stärkt das Projekt Waste4Future die Kreislaufwirtschaft von Kunststoffen und entwickelt nachhaltige Lösungen für das Abfallmanagement. Die innovativen Ansätze und Ergebnisse des LBF bieten der Industrie wertvolle Einblicke und praktische Lösungen zur effizienten Nutzung von Kunststoffabfällen.

Weitere Projektpartner

• Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
• Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
• Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP
• Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS
• Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR
• Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
• Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS