Ein Forschungsvorhaben untersucht systematisch die R\u00fcckintegration von biobasierten Kunststoffen in den Synthesekreislauf. Ziel ist es, eine Recyclingstrategie zu entwickeln, die eine direkte Integration von Ready-to-use- oder bereits verarbeitetem PLA in die Werkstoffproduktion mittels bestehender Syntheselinien erm\u00f6glicht.<\/p>\n
Das Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft (BMEL) unterst\u00fctzt und f\u00f6rdert aktuell \u00fcber seinen Projekttr\u00e4ger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), den Forschungsverbund \u201eNachhaltige Verwertungsstrategien f\u00fcr Produkte und Abf\u00e4lle aus biobasierten Kunststoffen\u201c, der sich in seinen f\u00fcnf Teilvorhaben vorrangig den technischen Fragestellungen zum Sortier- und Recyclingverhalten von Leichtverpackungsprodukten und Abf\u00e4llen aus biobasierten Kunststoffen, vor allem PLA, widmet, aber auch Fragen zur Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit beantwortet. Die zentrale Koordinierung \u00fcbernimmt das Unternehmen Knoten Weimar, Weimar. Der Fokus dieses Artikels liegt auf dem Teilvorhaben 2 \u201eRecycling von PLA zu Dilactid\u201c, das das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Angewandte Polymerforschung (IAP) durchf\u00fchrt. Dieses Teilvorhaben untersucht die R\u00fcckintegration von Polylactid (PLA) in den Synthesekreislauf systematisch. Ziel ist es, eine Recyclingstrategie zu entwickeln, die eine direkte Integration von Ready-to-use- oder bereits verarbeitetem PLA in den Syntheseprozess f\u00fcr PLA ohne zus\u00e4tzlichen Aufwand erm\u00f6glicht. Industrielle Prozesse zur Herstellung von Polylactid beruhen \u00fcblicherweise auf der Ring\u00f6ffnungs-Polymerisation (ROP) von Dilactid, dem zyklischen Dimer der Milchs\u00e4ure. Zur Synthese von Dilactid wird zun\u00e4chst Milchs\u00e4ure zu Pr\u00e4polymeren mit geringen Molmassen (1.000 \u2013 3.000 g\/mol) kondensiert. Diese Oligomilchs\u00e4ure wird anschlie\u00dfend in einer zyklisierenden Depolymerisation zum Dilactid umgesetzt.<\/p>\n
Bereits bestehende Verfahren zum Feedstock-Recycling beinhalten entweder die vollst\u00e4ndige R\u00fcckspaltung des PLA zur Milchs\u00e4ure mit sich anschlie\u00dfenden Aufreinigungsschritten oder nutzen zur Depolymerisation von hochmolekularem PLA eine spezielle Ausstattung. Der Vorteil des im Fraunhofer IAP untersuchten Recycling-Ansatzes besteht daher darin, dass sich bestehende Syntheselinien f\u00fcr PLA nutzen lassen, also kein apparativer Mehraufwand erforderlich ist. Gleichzeitig ist es dennoch m\u00f6glich, aus dem r\u00fcckgef\u00fchrten Polylactid Dilactid guter Qualit\u00e4t zu gewinnen, dass dann wiederum zur Ring\u00f6ffnungs-Polymerisation zu hochmolekularem PLA f\u00fcr verschiedene Anwendungen eingesetzt werden kann. Interessant k\u00f6nnte das Verfahren f\u00fcr Hersteller von PLA sein, die auf diese Weise ihre Rohstoffkosten reduzieren k\u00f6nnen.<\/p>\n
Erste systematische Untersuchungen mit Modell-Polylactiden und kommerziell erh\u00e4ltlichen PLA-Granulaten haben gezeigt, dass eine R\u00fcckintegration von bis zu 10 Prozent Polylactid ohne Ausbeute- und Qualit\u00e4tsverlust m\u00f6glich ist: Die Dilactid-Ausbeute bleibt trotz eines Zusatzes von 10 Prozent PLA zur Oligomilchs\u00e4ure nahezu konstant bei 90 bis 92 Prozent. Dies gilt sowohl f\u00fcr die Modell-Polylactide, die gezielt mit verschiedenen Molmassen synthetisiert und zur Depolymerisation zugesetzt wurden, als auch f\u00fcr kommerziell erh\u00e4ltliche PLA-Granulate. Dar\u00fcber hinaus wurde mithilfe dieser Versuchsreihe auch nachgewiesen, dass die R\u00fcckintegration von Polylactiden in einen Molmassenbereich von ca. 30.000 g\/mol bis 100.000 g\/mol m\u00f6glich ist.<\/p>\n
Die leichte Erh\u00f6hung des Anteils an meso-Lactid auf etwas mehr als drei Prozent bei Versuchen mit kommerziellen Granulaten ist auf deren geringere optische Reinheit im Vergleich zu den Modell-Polylactiden zur\u00fcckzuf\u00fchren. W\u00e4hrend die Modell-Polylactide zu 100 Prozent auf L,L-Dilactid basieren, werden bei kommerziellen Polylactiden h\u00e4ufig bis zu 4 Prozent D,D-Dilactid zur ROP zugesetzt, um das Eigenschaftsprofil des PLA gezielt zu ver\u00e4ndern.<\/p>\n
In einem n\u00e4chsten Schritt wurden auf der PLA-Miniplant-Anlage im Technikum des Fraunhofer IAP Upscaling-Versuche bis in den Kilogramm-Ma\u00dfstab durchgef\u00fchrt. Das in diesen Versuchen generierte Dilactid durchl\u00e4uft anschlie\u00dfend die im Stand der Technik \u00fcblichen Aufreinigungschritte und wird dann zur ROP zur Herstellung von Polylactid eingesetzt. Diese PLA-Muster sollen im Anschluss charakterisiert und auf ihre industrielle Verarbeitbarkeit hin untersucht werden.<\/p>\n
Auch andere Teilvorhaben forschen auf dem Gebiet nachhaltiger Verwertungsstrategien f\u00fcr Produkte und Abf\u00e4lle aus biobasierten Kunststoffen. Die Aktivit\u00e4ten und erste Ergebnisse aus diesen Teilvorhaben werden im Folgenden kurz erl\u00e4utert.
\nBiobasierte Kunststoffverpackungen werkstofflich recyceln<\/p>\n
Im Teilvorhaben 1 untersucht Knoten Weimar zusammen mit der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der Technischen Universit\u00e4t Chemnitz die M\u00f6glichkeiten einer zuverl\u00e4ssigen Erkennung und Sortierung unterschiedlicher biobasierter Kunststoffprodukte (z.B. Verpackungsabf\u00e4lle) in der Praxis, sowohl unter technischen als auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Das Hauptziel ist es, Strategien zu erarbeiten f\u00fcr ein mengenabh\u00e4ngiges werkstoffliches Recycling dieser biobasierten Kunststoffe im Entsorgungsstrom der Leichtverpackungen.<\/p>\n
In einem ersten Sortier- und Aufbereitungsversuch, bei dem Leichtverpackungsmaterial mit PLA-Material angereichert und anschlie\u00dfend auf Praxisanlagen positiv sortiert und aufbereitet wurde, konnte ein einheitliches Versuchsmaterial generiert werden, welches als Ausgangsstoff f\u00fcr Detailversuche in den einzelnen Teilvorhaben zum Einsatz kommt.<\/p>\n
Im Teilvorhaben 1 sind mehrere praxisnahe Versuche zum Sortierverhalten von PLA-Verpackungsmaterialien im etablierten Entsorgungsstrom der Leichtverpackungen geplant.<\/p>\n
Im Technikum der TU Chemnitz finden parallel Laborversuche statt. Hier wird Neumaterial einem simulierten, aber realit\u00e4tsnahen Konsumzyklus unterworfen, um Daten zu den allgemeinen Auswirkungen des werkstofflichen Recyclingvorganges auf die mechanischen und rheologischen Eigenschaften der Werkstoffe zu ermitteln. Abschlie\u00dfend wird durch Additivierung und Blending den Folgen der hohen thermo-mechanischen Belastung durch den werkstofflichen Recyclingprozess entgegengewirkt.
\nHochwertige und reine Rezyklate sind mit konventionellen Recycling-Verfahren nur unter erh\u00f6htem wirtschaftlichen Aufwand zu realisieren. Aussichtsreicher erscheint das l\u00f6sungsmittelbasierte Recycling.<\/p>\n
PLA-Rezyklate aus Post-Consumer-Abf\u00e4llen<\/p>\n
Im Teilvorhaben 3 des Forschungsverbunds verfolgen das Fraunhofer IVV und WKI die Anpassung eines l\u00f6semittelbasierten PLA-Recyclingprozesses mit dem Ziel, hochwertige PLA-Rezyklate aus heterogenen PLA-haltigen Post-Consumer-Abf\u00e4llen zu erzeugen. Hochwertige und reine Rezyklate sind mit konventionellen Recycling-Verfahren nur unter erh\u00f6htem wirtschaftlichen Aufwand zu realisieren. Aussichtsreicher erscheint das l\u00f6sungsmittelbasierte Recycling. Dieses hat sich f\u00fcr konventionelle Thermoplaste, wie PET, PS und ABS sowie PA und PVC, bew\u00e4hrt und erzeugt aus kontaminierten und heterogenen Abf\u00e4llen durch selektive L\u00f6sungsmittel reine und hochwertige Polymer-Rezyklate. Die Anpassung des Prozesses auf PLA-Abfall erfolgte zuerst im Laborma\u00dfstab \u2013 zun\u00e4chst mit industriellen Stanzabf\u00e4llen eines PLA-Papier-Verbundes.<\/p>\n
Die Ergebnisse belegten, dass die optimierte Reinigungsstufe zu einem qualitativ hochwertigen Rezyklat f\u00fchrt. Dabei bleibt die Molmasse des PLA erhalten und Papier, Kleber sowie Farbanteile lie\u00dfen sich abtrennen. Das Rezyklat ist transparent und von guter Qualit\u00e4t. Erste Entgasungsversuche, um das restliche L\u00f6semittel zu entfernen, verliefen erfolgreich. Der L\u00f6semittelrestgehalt lag dabei allerdings noch etwas \u00fcber den angestrebten 0,1 Prozent. Weitere Optimierungsarbeiten sind hierzu geplant. Aufgrund der positiven Ergebnisse erfolgte das Upscaling des Prozesses. Erste Versuche im kleintechnischen Ma\u00dfstab wurden bereits mit dem Post-Consumer-Abfall aus dem Sortierversuch von Teilvorhaben 1 durchgef\u00fchrt. Die \u00dcbertragbarkeit des Verfahrens ist gelungen: Fremdpolymere, Papierfasern, Farbanteile sowie metallische Verunreinigungen konnten erfolgreich von der gereinigten Polymerl\u00f6sung abgetrennt werden. Parallel erfolgte f\u00fcr das vergleichende thermomechanische Recycling das n\u00f6tige Aufbereiten des PLA-haltigen Post-Consumer-Abfalls. Alle produzierten Rezyklate werden in abschlie\u00dfenden Anwendungspr\u00fcfungen bewertet und die Rezyklate aus dem thermomechanischen Recycling mit denen des l\u00f6semittelbasierten Recyclings verglichen.
\nDanone-Joghurtbecher trotz Papier, Farb- und Klebstoffreste recyceln<\/p>\n
Das Teilvorhaben 4, an dem das Institut f\u00fcr Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe an der Hochschule Hannover (IfBB), und das Unternehmen B\u00f6sel Plastic Management, B\u00f6sel, beteiligt sind, befasst sich explizit mit den kontaminierten Polylactid-Industrieabf\u00e4llen, die bei der Produktion von Danone-Joghurtbechern anfallen. Um die Nachhaltigkeit der PLA-Becherproduktion zu gew\u00e4hrleisten, werden die anfallenden Abf\u00e4lle mechanisch recycelt. Dieses werkstoffliche Recycling charakterisiert allgemein das physikalische Trennen und Umwandeln eines Polymers, ohne die chemische Struktur zu ver\u00e4ndern. Die Herausforderung beim Recycling der Joghurtbecher besteht darin, Restbestandteile, wie Papier, Farb- und Klebstoffe, zu entfernen, um ein PLA-Rezyklat mit einem hohen Reinheitsgrad herzustellen.<\/p>\n
Dahingehend wurde der Recyclingprozess optimiert. Gute Erfolge zeigt unter anderem die Schmelzefiltration w\u00e4hrend der Extrusion, da sich hiermit mehr St\u00f6rstoffe beziehungsweise Fremdstoffe entfernen lie\u00dfen, was sich positiv auf die Eigenschaften des PLA-Rezyklats auswirkt. Ein weiterer wesentlicher Faktor bei der Qualit\u00e4tssicherung der Rezyklate ist die Lagerf\u00e4higkeit. Im Rahmen dieses Teilvorhabens erzielten die Beteiligten erste Ergebnisse, die sie noch weiter untersuchen werden. Zudem ist eine gezielte Additivierung als weiterer logischer Schritt vorgesehen.<\/p>\n
Die \u00d6kobilanz von Recycling bewerten<\/p>\n
Das Teilvorhaben 5 des Forschungsverbunds besch\u00e4ftigt sich mit der Nachhaltigkeitsbewertung der in den anderen Teilprojekten entwickelten PLA-Recyclingverfahren. Dazu werden vier \u00d6kobilanzen erstellt und eine davon wird einer ktritischen \u00dcberpr\u00fcfung unterzogen. Ausgehend von den Ergebnissen der \u00d6kobilanzstudien und weiteren Informationen aus Literatur und Fachdiskussionen werden Handlungsempfehlungen und eine spezifische Kommunikationsstrategie f\u00fcr die Vermittlung von \u00f6kologischen und sozio-\u00f6konomischen Wirkungen des PLA-Recyclings abgeleitet. Bis Mai 2016 wurden f\u00fcr alle Recyclingverfahren Flie\u00dfbilder erstellt, die als Grundlage f\u00fcr das darauf aufbauende Energie- und Stoffstrommodell (\u00d6kobilanzmodell) dienen. Als Referenzfluss f\u00fcr die Modelle wurde die Verarbeitung von 1t PLA-Abf\u00e4llen festgelegt. Derzeit werden noch Daten zu den einzelnen Verfahren erhoben. Ziel ist es, die Datensammlung bis zum Herbst 2016 abzuschlie\u00dfen. Darauf aufbauend soll dann ein \u00f6kobilanzieller Vergleich der Recyclingverfahren mit der alternativen thermischen Verwertung durchgef\u00fchrt werden. Basierend auf den Ergebnissen werden Kommunikationsstrategien f\u00fcr PLA-Produkte entwickelt und m\u00f6gliche Vorteile durch Recycling am Ende des Lebenszyklus herausgearbeitet.<\/p>\n
Ein wesentlicher Vorteil des PLA-Recyclings wird darin gesehen, dass sich negative Umweltwirkungen der PLA-Herstellung, insbesondere f\u00fcr das Anbauen von Rohstoffen, vermeiden lassen. Typische negative Umweltwirkungen sind versauernde Emissionen oder auch Eutrophierung aufgrund von D\u00fcngung. Zudem sinkt die Agrarfl\u00e4chen-Inanspruchnahme deutlich, welche laut IfBB ca. 3,7 m\u00b2\/kg PLA (Maisbasis, ohne Allokation von Koppelprodukten) betr\u00e4gt. Diese Daten werden im Laufe des Projekts noch spezifiziert, validiert und verfeinert.
\n\u00dcber die Autoren<\/p>\n
Jasmin Bauer, Carola Westphalen und Prof. Dr. Werner Bidlingmaier
\nKnoten Weimar in Weimar<\/p>\n
Dr. Markus Hiebel, Dr. Daniel Maga und Dr. Stephan Kabasci
\nFraunhofer-Institut f\u00fcr Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht in Oberhausen<\/p>\n
Tobias Hartmann und Prof. Dr. Lothar Kroll
\nTU Chemnitz in Chemnitz<\/p>\n
Anna D\u00f6rgens und V.-Prof. Dr. Andrea Siebert-Raths
\nFraunhofer-Institut f\u00fcr Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI in Hannover<\/p>\n
Tanja Fell und Dr. Andreas M\u00e4urer
\nFraunhofer-Institut f\u00fcr Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising<\/p>\n
Kathrin Jesse und Dr. Antje Lieske
\nFraunhofer-Institut f\u00fcr Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm<\/p>\n
Prof. Dr. Hans-Josef Endres, Denisa Bellu\u0161ov\u00e1 und Saskia Mauer
\nHochschule Hannover, Institut f\u00fcr Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) in Hannover<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Ein Forschungsvorhaben untersucht systematisch die R\u00fcckintegration von biobasierten Kunststoffen in den Synthesekreislauf. Ziel ist es, eine Recyclingstrategie zu entwickeln, die eine direkte Integration von Ready-to-use- oder bereits verarbeitetem PLA in die Werkstoffproduktion mittels bestehender Syntheselinien erm\u00f6glicht. Das Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft (BMEL) unterst\u00fctzt und f\u00f6rdert aktuell \u00fcber seinen Projekttr\u00e4ger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR), […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[10763,10608,11841],"supplier":[6286,19232,104,22779,303,938,3731,8267,1138],"class_list":["post-45836","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-biokunststoffe","tag-biooekonomie","tag-kreislaufwirtschaft","supplier-bundesministerium-ernahrung-landwirtschaft","supplier-fachagentur-nachwachsende-rohstoffe-e-v-fnr","supplier-fraunhofer-institut-fuer-angewandte-polymerforschung-iap","supplier-fraunhofer-institut-fur-holzforschung-wilhelm-klauditz-institut-wki","supplier-fraunhofer-institut-fuer-umwelt-sicherheits-und-energietechnik-umsicht","supplier-fraunhofer-institut-fuer-verfahrenstechnik-und-verpackung-ivv","supplier-institut-fuer-biokunststoffe-und-bioverbundwerkstoffe-ifbb","supplier-knoten-weimar-internationale-transferstelle-umwelttechnologien-gmbh","supplier-technische-universitaet-chemnitz"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/45836","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=45836"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/45836\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=45836"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=45836"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=45836"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=45836"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}