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FTE-Erfolgsstorys – Den Kunststoff von der Spreu trennen

Verunreinigungen in Abfallkunststoffen sowie die große Vielzahl der enthaltenen Materialien begrenzen die Menge, die durch Recycling wiederverwertet werden kann. Ein innovatives von der EU finanziertes Projekt hat sich ein Ultraschallverfahren ausgedacht, mit dem Recyclingunternehmen mehr Kunststoff zu geringeren Kosten gewinnen können … und das auch noch vollautomatisch. Eine kommerzielle Lösung könnte zu Einsparungen in Höhe von mehreren Millionen Euro führen.
FTE-Erfolgsstorys – Den Kunststoff von der Spreu trennen
Für das ungeübte Auge ist Recycling beinahe ein Art Alchemie, eine mittelalterliche Kunst um aus Grundmetallen Gold zu machen. Wenn man beispielsweise dem Prozess an einem Ende Limonadenflaschen zuführt, kommen am anderen Ende Kunststoffstühle und -tische heraus.

Das Recycling von Kunststoffen hat viele Vorteile für Umwelt und Wirtschaft. Aufgrund der abnehmenden Erdölvorräte bietet das Recycling eine gute Möglichkeit, die benötigte Menge an Rohöl (gegenwärtig etwa 8 % der weltweiten Produktion) für die Herstellung von Kunststoffen zu senken, deren Produktion ständig ansteigt. Die Kunststoffmenge, die im ersten Jahrzehnt dieses Jahrhunderts produziert wurde, soll nämlich bereits über der liegen, die insgesamt im vorangegangenen produziert wurde.

Kunststoffabfall, der sich selbst in den abgelegensten Umgebungen ausbreitet, kann mehrere Jahrhunderte brauchen um zu verrotten und ist potenziell schädlich für die Umwelt, die menschliche Gesundheit sowie die Pflanzen- und Tierwelt. Obwohl die Reduzierung der Menge der produzierten Einwegartikel aus Kunststoff der nachhaltigste Weg ist, bietet das Recycling ebenfalls eine potente Lösung.

Aber das Recycling ist auch mit vielen Problemen verbunden. Die komplexe Struktur der Kunststoffpolymere erschwert die Vermischung verschiedener Kunststoffe bzw. führt zu weicheren Materialien und erfordert im Produktionsprozess mehr Energie. Das bedeutet, dass im Vergleich mit anderen Materialien ein geringerer Teil des Kunststoffmülls recycelt wird: in der EU 21,3 % im Vergleich zu 80 % bei Zeitungen. Es ist jedoch hervorzuheben, dass Europa Kunststoffabfälle auch als Energiequelle nutzt und daher werden für die energetische Verwertung und das Recycling zusammengenommen mehr als die Hälfte der Kunststoffabfälle der Europäischen Union genutzt.

Mit dem Strom schwimmen

Die Schwankungen bei der Qualität des Materialeinsatzes führt auch zu starken Fluktuationen bei der Viskosität, d. h. der "Dicke" der geschmolzenen Rohstoffe die durch den Produktionspress fließen, was eine ständige Anpassung der Temperatur und anderer Variablen erfordert, wenn eine gleichbleibende Qualität erzielt werden soll. Das stellt den Extrusionsprozess, in dem der geschmolzene Kunststoff durch eine spezielle Düse gepresst wird, die ihm die gewünschte Form gibt, vor ein großes Problem, was zu beträchtlichem Abfall führt.

Das von der EU finanzierte Projekt "Sensor-base ultrasonic viscosity control for the extrusion of recycled plastics" (Ultravisc) ist bei der Extrusion aus Recycling-Kunststoffen neue Wege gegangen. Das zweijährige Projekt versuchte, das Recycling von Kunststoffabfällen aus Haushalten zu verbessern, indem es die Verunreinigungen und Schwankungen bei den physikalischen Eigenschaften des recycelten Einsatzmaterials kompensierte.

Hierfür verwendet Ultravisc Sensoren, die den Durchfluss und die Viskosität des Einsatzmaterials während des Extrusionsprozesses steuern. In einem geschlossenen Regelsystem werden die Bedingungen der recycelten Polymere überwacht und gegebenenfalls Ultraschallenergie auf die Schmelze angewendet.

"Mit Hilfe der Ultraschalltechnologie werden der Fluss des Kunststoffs durch die Fertigungsanlage und seine Eigenschaften gesteuert, wodurch sich ein konsistenteres Produkt erzielen lässt", erklärt Dr. Paul Beaney, technischer Leiter bei der Cherry Plastics Group, die das Projekt koordiniert.

"Ultraschalltechnologie wurde noch nie zuvor in Recyclingtechnologie integriert, daher war der Bau des Ultraschallmodulator eine große Herausforderung", fügt er hinzu. Aber dem Konsortium bestehend aus acht Partnern aus Industrie und Hochschulen aus sechs EU-Ländern gelang es, erfolgreich ein automatisches System zu entwerfen, das keine Eingriffe durch den Bediener erfordert.

Recycling für alle

Ultravisc ist ein intelligenter und vollautomatischer Prozess. "Da das Wissen in das System integriert ist, werden keine besonders geschulten oder erfahrenen Bediener benötigt", bemerkt Dr. Beaney. Dieser Fortschritt besitzt das Potenzial, das Recycling von Kunststoffen einer breiteren Gruppe von Akteuren zu öffnen und nicht nur auf hochspezialisierte Unternehmen zu beschränken.

Ein weiterer Vorteil dieses vollautomatischen Schmelzflussystems besteht darin, dass die Reaktionszeit im Vergleich mit herkömmlichen Temperatursteuerungsmethoden nur halb so lang ist. Außerdem kann es den Durchfluss und die Viskosität bei viel geringeren Temperaturen regulieren, wodurch die Gesamteffizienz des Recyclingprozesses gesteigert werden kann.

"Ultravisc ermöglicht uns auch, dort recycelte Produkten zu verwenden, wo es zuvor unmöglich war und darüber hinaus auch mehr Abfallkunststoff im Prozess zu verwenden, was die Umweltfreundlichkeit des Recyclingprozesses verbessert", fügt Dr. Beaney hinzu.

Die Projektteilnehmer untersuchen gegenwärtig, wie sich die Technologie am besten kommerzialisieren lässt – ob sie es selbst übernehmen oder sich hierfür Partner suchen sollten. Ein Labor-Prototyp wurde umfassend getestet und das Team baut jetzt eine Anlage in Originalgröße, die in den großen Extrudiermaschinen bei Cherry Pipes in Dunganno, Nordirland (Vereinigtes Königreich) eingesetzt werden können. Bei einer vollständigen Implementierung und je nachdem wie sie kommerzialisiert wird, könnte die Lösung von Ultravisc bei einer Verwendung in Extrudiermaschinen den Müll um etwa 2 % und Ausfallzeiten um etwa 5 % reduzieren sowie den Energieverbrauch um 5 % senken. Das könnte zu Einsparungen in Höhe von mehreren Millionen Euro führen, wenn die Technologie von ausreichend Recyclingfirmen aufgegriffen wird.

Eizelheiten zum Projekt:

- Vollständige Bezeichnung des Projekts: Sensor-base ultrasonic viscosity control for the extrusion of recycled plastics
- Projektakronym: Ultravisc
- Projektwebsite: http://www.2020-horizon.com/ULTRAVISC-Sensor-base-ultrasonic-viscosity-control-for-the-extrusion-of-recycled-plastics(ULTRAVISC)-s9718.html
- Projektreferenznummer: 232176
- Name/Land des Projektkoordinators: Vereinigtes Königreich
- Gesamtprojektkosten: 1 273 827 EUR
- Beitrag der EK: 969 970 EUR
- Projektbeginn/-ende: Oktober 2009 bis September 2011 - Weitere Partnerländer: Belgien, Dänemark, Estland, Irland, Spanien

Schlüsselwörter

Kunststoff, Recycling, Ultravisc, Extrusion, Ultraschall
Datensatznummer: 90184 / Zuletzt geändert am: 2013-12-16
Informationsquelle: RTD story (de)