Leistungsfähige Kunststoffe gehören zu den weltweit wichtigsten Werkstoffen und machen viele Anwendungen erst möglich, die für die industrielle Nutzung ebenso wie für unseren Alltag erhebliche Vorteile bringen. Allerdings werden sie meist aus fossilen Rohstoffen hergestellt, was entsprechende CO2-Emissionen mit sich bringt. Zudem fallen allein in Deutschland pro Jahr mehr als 6 Millionen Tonnen kunststoffhaltiger Abfälle an, die rund zur Hälfte derzeit noch verbrannt statt werkstofflich verwertet werden.

Der Ansatz, den im Kunststoff enthaltenen Kohlenstoff als Ressource zu betrachten und weiter zu nutzen, drängt sich deshalb auf. Voraussetzung für die Etablierung einer solchen Kreislaufwirtschaft ist es, kohlenstoffhaltige Bestandteile im Abfall besser zu erkennen, besser zu verwerten und daraus wieder hochwertige Ausgangsmaterialien für die Industrie zu machen.

Hier setzt ein Teilprojekt des Fraunhofer-Leitprojekts »Waste4Future« an, in dem eine Sortierung aktuell nur schwer zu trennender schwarzer Kunststoffe ermöglicht wurde. Mittels Thermographie kann schwarzer Kunststoffabfall präzise in Polyamide und Polypropylen unterschieden werden. Das im Projekt entwickelte Sensor- und Datensystem für den Kreislaufprozess bildet somit die Basis für ein umfassendes Recycling kunststoffhaltiger Abfälle. Die Forschenden setzen dabei maschinelles Lernen ein, um große Mengen an Bilddaten zu analysieren und so die thermischen Eigenschaften der verschiedenen Kunststoffe zu erkennen, sowie anhand dieser eine Charakterisierung durchzuführen. Dieser innovative Prozess hat das Potential, den Verlust von Kohlenstoff beim Recycling drastisch zu minimieren.

Nachhaltigkeit

In welcher Weise trägt Ihr Produkt zur Förderung einer nachhaltigen Produktion oder Industrie bei, insbesondere im Hinblick auf unser Leitthema "Energizing a sustainable industry"?

Die Weiterentwicklung der Sensorik bildet die Grundlage für ein ganzheitliches Modell und erlaubt somit eine Echtzeitbewertung von Kunststoffrecyclingprozessen nach ökologischen und ökonomischen Kriterien. Das Modell ermöglicht Aussagen darüber, welche Qualität ein Abfallstrom hat und wie sich seine einzelnen Bestandteile mit möglichst hochwertiger Nutzung weiterverwerten lassen.

Das umfassende Recycling kunststoffhaltiger Abfälle ohne Verlust von Kohlenstoff ist ein beachtenswertes Beispiel für einen nachhaltigen Kreislaufprozess bzw. geschlossenen Kunststoffkreislauf, bei dem hochwertige Ausgangsstoffe entstehen. Dadurch wird der Abfall von heute, zur grünen Ressource von morgen und reduziert somit zugleich die Abhängigkeit der Industrie von importierten primären Kohlenstoffressourcen wie Erdöl und Erdgas.

Zukunftsaussichten

Wie schätzen Sie die zukünftige Entwicklung Ihres Produktes ein, insbesondere im Hinblick auf die wachsenden Anforderungen an nachhaltige Lösungen in der Industrie?

Die erzielten Optimierungen bei Sortierung, Aufreinigung und Verarbeitung recycelter Kunststoffe in hoher Qualität und Identifizierung passender Verwertungspfade bieten sehr attraktive neue Möglichkeiten etwa für die Abfallwirtschaft und die Chemieindustrie, bis hin zur Entwicklung ganz neuer Geschäftsmodelle. Insbesondere in der Automobilindustrie wird der Bedarf an nachhaltigen Kunststoffen, wie beispielsweise Polyamid, in den kommenden Jahren durch strenge Regulierung steigen und die Nachfrage somit wachsen.

Um die neuen Möglichkeiten zu demonstrieren, haben die Forschenden im Projekt eine Stuhlschale aus recyceltem Polyamid hergestellt. Der Kunststoff wurde automatisiert aus einem Abfallstrom heraussortiert, anschließend aufbereitet und dann im Spritzguss verarbeitet. Das Bauteilverhalten wurde mit Neuware sowie anderen verfügbaren Rezyklaten verglichen. Ergebnis: Die Recycling-Sitzschale ist in allen wichtigen Aspekten konkurrenzfähig.