Rezyklat
Angesichts der täglichen Meldungen zum Stand und den Auswirkungen der Klimakrise, erhalten die Auswirkungen von Umweltverschmutzung und die Knappheit von fossilen Rohstoffen ein immer größeres Gewicht im öffentlichen Bewusstsein. Daneben hat das Recycling aber nicht nur eine ökologische, sondern längst auch eine wirtschaftliche Bedeutung erlangt. In diesem Blogbeitrag erläutern wir einige Hintergründe der Rezyklate und des Recyclings.
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Bedeutung des Recyclings
Das Prinzip des Recyclings ist im Grunde einfach. Es geht um die Wiedergewinnung und damit die Wiederverwendung von Materialien, anstatt sie als Abfall in der Umwelt zu lagern oder zu verbrennen. Das Recycling reduziert die Notwendigkeit neuer Rohstoffe und verringert den Energiebedarf und die Umweltbelastung in der Produktion. Das hört sich in der Theorie ziemlich simpel an. Die Realität sieht allerdings anders aus. Nicht nur, dass die Recyclingprozesse uns selbst vor viele neue Herausforderungen stellen, es sind auch die gesamten Produktionsabläufe, die ergänzt oder umgestellt werden müssen. Das gilt insbesondere für Schwellen- und Entwicklungsländer. Dennoch bildet die Wiederverwertung die wichtigste Möglichkeit, unsere zukünftigen Material- und Energiebedarfe zu drosseln. Die Notwendigkeit des Recyclings muss als fester Bestandteil im Denken implantiert werden, um langfristig zu einer realistischen Chance zu werden.
Das hehre Ziel: Die Kreislaufwirtschaft
Die Kreislaufwirtschaft strebt eine vollständige Neugestaltung unserer Produktions- und Konsum-Zyklen an. Eine zentrale Rolle spielt hierbei die Idee, dass die Produkte nach ihrem Lebenszyklus nicht zu Abfall, sondern in den Wirtschaftskreislauf zurückgeführt werden. Ein sehr bekanntes, erfolgreiches und anschauliches Beispiel hierfür ist das Pfandsystem für Flaschen und ähnlicher Verpackungen. Hier werden die Verbraucher durch ein hohes Pfandgeld (z.B. 25 Cent) motiviert, die leeren Flaschen oder auch Verpackungen zurückzugeben. Diese werden dann im Fall z.B. der Bierflaschen gereinigt und erneut verwendet oder im Fall der PET-Flaschen recycelt. Dieses System reduziert die Abfallmenge und spart gleichzeitig Ressourcen und Energie. Nur Deutschland steht damit noch relativ allein auf der Welt, schon beim Nachbarn Österreich sieht das ganz anders aus. Das liegt natürlich hauptsächlich am Beharrungsvermögen gewohnter und gewinnbringender Prozesse.
Was ist Rezyklat?
Unter Rezyklat versteht man zunächst einmal alle Materialien, die aus Recyclingprozessen gewonnen werden. Der Begriff hat sich jedoch inzwischen hauptsächlich für den entsprechenden Kunststoff eingebürgert. Man unterscheidet zwei Arten von Rezyklaten. Das Pre-Consumer-Rezyklat stammt aus Produktionsabfällen in der Industrie selbst, während das Post-Consumer-Rezyklat von den Verbrauchern stammt, die den Kunststoff nach Gebrauch gesammelt oder als Verpackungen oder ausrangierte Geräte in den Geschäften zurückgegeben haben. Ein Beispiel für ein Pre-Consumer-Rezyklat ist der Abfall von Schnittresten in der Textilindustrie, der relativ einfach zu neuen Fasern verarbeitet wird. Post-Consumer-Rezyklate umfassen beispielsweise die schon erwähnten PET-Flaschen oder auch Autoreifen, die zu neuen Produkten wie Straßenbelag, Parkbänken oder Spielzeug recycelt werden können. Im Idealfall stellt das Rezyklat also einen wichtigen Sekundärrohstoff dar.
Die Rohstoff- und Energieeffizienz durch Rezyklate
Wenn es gelingt, das Rezyklat erfolgreich und günstig herzustellen, kann sein Einsatz zu einer erheblichen Reduzierung des Energie- und Rohstoffbedarfs und zur Schonung der Umwelt führen. Das gilt jedenfalls im Vergleich zur Herstellung z.B. neuer Verpackungen. Das gilt vor allem für die bereits massenhafte Verwendung von Rezyklaten aus Kunststoffen wie Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP). Ein Beispiel hierfür ist die Wiederverwertung von PET, die deutlich weniger Energie erfordert als die Herstellung von neuem PET. Neben Getränkeflaschen können auch andere Produkte wie Kunststofftüten, Styropor-Verpackungen, Kunststoffverpackungen aus PE oder sogar Autoteile erfolgreich recycelt werden. Daraus entwickelt sich peu a peu eine Vielfalt der Möglichkeiten für den Einsatz der Rezyklate, die inzwischen einen wichtigen Bereich der Forschung bilden.
Methoden des Kunststoffrecyclings zur Herstellung von Rezyklat
Im Bereich des Kunststoffrecyclings unterscheiden wir hauptsächlich zwischen mechanischem und chemischem Recycling. Beim mechanischen Recycling werden Kunststoffabfälle gesammelt, sortiert, gereinigt und ggf. zerkleinert und gepresst. Dann können sie als Rezyklat zu neuen Produkten verarbeitet werden. Die chemische Wiederverwertung von Kunststoff hingegen zerlegt das Material in seine chemischen Grundbausteine, also die Monomere.
Diese können dann erneut polymerisiert werden und eignen sich dann für die Herstellung neuer Kunststoffprodukte. Das hört sich für den Laien nicht nur kompliziert an, sondern erfordert tatsächlich aufwendige Verfahren und die Erfindung völlig neuer Methoden. Obwohl chemisches Recycling also teuer ist, ermöglicht es die Rückgewinnung von Rohstoffen aus Kunststoff, der nicht mechanisch recycelt werden kann. Es versteht sich, dass diese chemische Wiederverwertung noch ein Stiefkind unter den Methoden ist.
Das liegt auch daran, dass es sich dabei oft um ein Downcycling handelt, das zu minderwertigen Produkten führt, die sich wirtschaftlich kaum rentieren. Das wertsteigernde Upcycling von Kunststoffabfällen ist ein bisher selten erfolgreich durchgeführter Ansatz. Kürzlich jedoch gelang es beispielsweise Forschern an der Virginia Tech in den USA, aus gebrauchtem Polystyrol unter Einsatz von Wärme, UV-Licht und einem Katalysator wertvolles Diphenylmethan zu erzeugen. Der Wert dieses Stoffes liegt höher als der von frischem Polystyrol.
Fachbegriffe des mechanischen Recyclings
Wenn man Artikel über das Recycling von Kunststoffprodukten liest, stößt man immer wieder auf Begrifflichkeiten, die etwas genauer erklärt werden müssen. So ist der Begriff Rezyklat wie gesagt ein Oberbegriff für ein Material, das entsteht, wenn Kunststoffabfälle gesammelt, sortiert und verarbeitet werden. Dieser Prozess wandelt Abfall in ein Material um, das zur Herstellung neuer Produkte verwendet werden kann. Diese Abfälle müssen gereinigt werden. Danach wird daraus das Mahlgut erzeugt, indem die Kunststoffabfälle mechanisch zerkleinert werden. Dieser Prozess schließt das Zerschneiden, Mahlen oder Zerhacken von Kunststoffresten in kleinere Stücke ein, um sie danach weiterverarbeiten zu können.
Die am meisten verwendeten Kunststoffe müssen dann vor der weiteren Nutzung zu einem Agglomerat verarbeitet werden. Dabei werden die zerkleinerten Kunststoffteile durch Hitze agglomeriert, d.h. aneinandergefügt, jedoch ohne dabei vollständig geschmolzen zu werden. Das Ergebnis sind größere Partikel, mit denen sich besser hantieren lässt. Falls sich die betreffenden Kunststoffpartikel nach ihrer chemischen Struktur und Eigenart für den nächsten Schritt eignen, wird daraus ein Regranulat. In diesem Verarbeitungsschritt werden die agglomerierten Kunststoffteile geschmolzen und durch eine Extruderanlage gepresst.
Die Endprodukte eines erfolgreichen mechanischen Recyclings sind dann die Granulate, die z.B. bei der Stocker Kunststoff GmbH im Spritzguss für die Produktion z.B. neuer Kunststoffverpackungen zum Einsatz gelangen. Aber Achtung: Alle diese Schritte sind nur bei der Verwendung sortenreiner Kunststoffreste denkbar. Eines der großen Probleme bei den gesammelten Kunststoffprodukten und Kunststoffverpackungen ist die entsprechende Trennung nach Sorten. Tatsächlich werden die allermeisten Kunststoffe, die mühsam in den gelben Tonnen gesammelt werden, nicht recycelt, sondern enden im Hochofen – immerhin werden sie dann zur Gewinnung von thermischer Energie verwendet.
Das chemische Recycling von Kunststoffen
Beim chemischen Recycling der Kunststoffe werden polymere Strukturen in ihre monomeren Bestandteile oder andere Chemikalien aufgespalten. Dieser Prozess erfolgt durch verschiedene Verfahren wie z.B. die Pyrolyse, die Vergasung oder die chemische Depolymerisation. Das mechanische Recycling nutzt die vorhandenen physikalischen Eigenschaften von Kunststoff. Das ist jedoch oft nicht durchführbar. Dann ermöglicht das chemische Recycling die Umwandlung solcher Kunststoffabfälle in hochwertige, reine Sekundärrohstoffe.
Sie können dann für die Produktion neuer Kunststoffprodukte verwendet werden. Bei der Pyrolyse werden die Kunststoffabfälle unter Ausschluss von Sauerstoff auf hohe Temperaturen erhitzt. Dieser Prozess zersetzt die langen Polymerketten in kleinere Moleküle, wie sie sich auch in Öl, Gas und Kohle befinden. Bei der sogenannten Vergasung wird der Kunststoff unter extremer Hitze von 800-1000°C zur Umwandlung in die Gasform gebracht. Als Vergasungsmittel werden dabei Sauerstoff und Wasserdampf eingesetzt. Das daraus resultierende synthetische Gas ist ein Gemisch aus Wasserstoff und giftigem Kohlenmonoxid.
Dieses kann nach weiteren Verarbeitunsgsschritten als Energiequelle oder zur Herstellung von Chemikalien eingesetzt werden. Natürlich handelt es sich jetzt nicht um typische Rezyklate, aber um Rohstoffe. Bei der chemischen oder auch chemolytischen Depolymerisation werden die Polymere durch chemische Reagenzien wie z.B. bestimmte Enzyme in ihre monomeren Bestandteile zerlegt. Damit erhält man die Ausgangsstoffe für eine erneute erneute Synthese von Polymeren und damit ein Rezyklat.
Besondere Herausforderungen für die Herstellung von Rezyklat
Ein großes Problem im Kunststoffrecycling stellt die zunehmende Verwendung von einem chemisch oder mechanisch hergestellten Mehrfach-Kunststoff bzw. Verbundmaterial dar, das die Trennung und damit das Recycling und die Herstellung von Rezyklaten erschwert. Es sind aber gerade solche Verbundstoffe, die aufgrund ihrer hohen Anwenderfreundlichkeit ein großes Wachstum vor allem in der PKW-Produktion erzielen. Die Wiederverwertung solcher Materialien ist oft komplex und wesentlich kostenintensiver, was die Fortschritte des Recyclings ausbremst.
Dennoch werden mit bestimmten Innovationen und dadurch verbesserten Recyclingverfahren langsam aber sicher Lösungen für diese Herausforderungen entwickelt. Diese sind dringend nötig, um eine wirtschaftliche Attraktivität des Recyclings sicherzustellen, ohne die sich die auf Dauer tödliche Schere zwischen der Herstellung von Kunststoff und der Entsorgung von Kunststoff immer weiter öffnen wird. Denn staatliche Regulierungen allein reichen keinesfalls aus, um die Zukunft des Planeten und der Umwelt mit ihren vielen Lebensformen sicherzustellen.