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Kunststoffe

Description: Das Kunststoffrecycling ist im Umbruch. Das Problem des Verbleibens von Kunststoffen in der Natur hat dazu geführt, dass die Gesellschaft im täglichen Umgang mit Kunststoffen sensibler geworden ist. Die Beteiligten der Wertschöpfungskette Kunststoffe verfügen bezüglich der Etablierung eines geschlossenen Kreislaufs über erfolgversprechende Potenziale, müssen sich aber auch wichtigen Herausforderungen stellen. Die Kreislaufführung von Kunststoffen ist ein wesentlicher Pfeiler zur Verringerung des Primärrohstoffeinsatzes von Erdöl und trägt damit zur Ressourcenschonung, Energieeinsparung und folglich zur Reduktion von CO 2 -Treibhausgasemissionen bei. Über das mechanische Recycling erfolgt eine Rückführung von Kunststoffrezyklaten in die Wertschöpfungskette, die im Vergleich zur Neuware rund zwei Drittel weniger Energie in der Herstellung benötigen. Ergänzend dazu können Stoffströme, die mechanisch nicht ökologisch und ökonomisch sinnvoll verwertbar sind, über das chemische Recycling in z. B. Monomere, Pyrolyseöle oder Synthesegas umgewandelt werden. Diese können u. a. für die Herstellung neuer Kunststoffe genutzt werden und ersetzen so Primärrohstoffe. Es wird davon ausgegangen, dass das chemische Recycling für alle nicht mechanisch recycelbaren Kunststoffe künftig eine steigende Rolle in der Kunststoffwertschöpfungskette spielen wird. Im Jahr 2021 konnten in Deutschland über das mechanische Recycling rund 1,73 Millionen Tonnen erzeugter Rezyklate der Wertschöpfungskette wieder zugeführt werden. Davon stammten 1,46 Millionen Tonnen aus Post-Consumer-Abfällen. Auf das gesamte Post-Consumer-Abfallaufkommen von 5,44 Millionen Tonnen bezogen, ergibt das eine Rezyklatquote von knapp 27 Prozent. Das entspricht einer Steigerung von 11 Prozent-Punkten gegenüber dem Jahr 2017. * Lindner, C.; Schmitt, J.; Fischer, E. und Hein, J. (2022): Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2021: Zahlen und Fakten zum Lebensweg von Kunststoffen – Kurzfassung der Conversio Studie. Conversio Market & Strategy GmbH (abgerufen am: 19.12.2022). Der Anteil eingesetzter Rezyklate in der Kunststoffverarbeitung liegt bei rund 12 Prozent. Dieser muss – und wird – künftig steigen, insbesondere durch aktuell in Abstimmung befindliche Regelungen auf europäischer Ebene: Beispielsweise fordert der Entwurf der Novelle der europäischen Verpackungsverordnung voraussichtlich einen Rezyklatanteil zwischen 10 und 35 Prozent in Verpackungen. Auch der Entwurf der europäischen Altautoverordnung sieht vor, dass ab dem Jahr 2030 mindestens 25 Prozent in Neuwagen eingesetzter Rezyklate aus dem Post-Consumer-Abfallstrom stammen sollen. * Lindner, C.; Schmitt, J.; Fischer, E. und Hein, J. (2022): Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2021: Zahlen und Fakten zum Lebensweg von Kunststoffen – Kurzfassung der Conversio Studie. Conversio Market & Strategy GmbH (abgerufen am: 19.12.2022). Diese Vorgaben werden von der Praxis zwar unter den aktuellen Herausforderungen der Kunststoffkreislaufwirtschaft als ambitioniert, aber durch entsprechende gemeinsame Anstrengungen in der Technologieentwicklung und Digitalisierung, Normung und Gesetzgebung als künftig erreichbar eingeschätzt. Eine verbesserte Kreislaufführung von Kunststoffen steht diversen Herausforderungen gegenüber. Aus diesem Grund wurde im Jahr 2020 durch den VDI ein Dialogprozess initiiert, der zu einem umfassenden Austausch aller Akteure und Akteurinnen der Wertschöpfungskette von Kunststoffen führte. Gemeinsam wurden dabei wesentliche Herausforderungen identifiziert. * VDI e.V. (2021): VDI White Paper „Circular Economy für Kunststoffe neu denken“ (abgerufen am 12.12.2024). Die beschriebenen Herausforderungen sowie Chancen je Wertschöpfungsstufe der Kunststoffwertschöpfungskette wurden im VDI-Dialogprozess intensiv diskutiert. Dies mündete im VDI White Paper „Circular Economy für Kunststoffe neu denken“, in dem darauf aufbauend Empfehlungen für übergreifende Maßnahmen präsentiert werden. Die Sortierung von Kunststoffabfällen erfolgt aktuell in verschiedenen Verfahrensschritten, die je nach Anlage bzw. Sortierziel in ihrer Anordnung variieren. Es bestehen für Kunststoffabfälle 23 DSD-Sortierspezifikationen, die folgend ins mechanische Recycling gelangen. Durchschnittlich erzeugt eine Sortieranlage davon etwa 8 bis 10 Sortierfraktionen. In Abbildung 1 sind beispielhaft die Verfahrensschritte aufgeführt. © VDI ZRE (Auf Basis von Knappe et al. (2021): Technische Potenzialanalyse zur Steigerung des Kunststoffrecyclings und des Rezyklateinsatzes.) Für das mechanische Recycling der sortierten Kunststoffmengen, die häufig als Ballenware in der Wertschöpfungskette weitergegeben werden, kommen unterschiedliche Module zur Aufbereitung zum Einsatz. Die eingesetzten Module hängen davon ab, welcher Input verarbeitet und welche Rezyklate erzeugt werden sollen. Für das Kunststoffrecycling finden in der Praxis sehr unterschiedliche Aufbereitungstechniken Anwendung. In Abbildung 2 sind beispielhaft die Aufbereitungsmodule dargestellt. © VDI ZRE (Auf Basis von Knappe et al. (2021): Technische Potenzialanalyse zur Steigerung des Kunststoffrecyclings und des Rezyklateinsatzes.) Derzeit vorherrschend ist das sogenannte Open-Loop-Recycling. Kunststoffrezyklate werden für qualitativ passende Anwendungen eingesetzt. Dies sind u. a. aus Gründen der Produktanforderungen und Qualität i. d. R. andere Anwendungsgebiete als der ursprüngliche Einsatz. Es gibt jedoch bereits Beispiele, in denen Rezyklate mit hoher Qualität erzeugt werden, sodass diese für den ursprünglichen Zweck wieder eingesetzt werden können – das sogenannte Closed-Loop-Recycling. Als Best-Practice-Beispiel gilt hier die Kreislaufführung von PET-Getränkeflaschen (Abbildung 3). Für beide Varianten ist stets zu beachten, dass in der Regel ein 100 % geschlossener Kreislauf in der Praxis ökologisch und ökonomisch nicht realisierbar ist. Vielmehr wird – auch künftig – ein Mix aus Rezyklaten und Neuware die Praxis bestimmen. © Dr. habil. Thomas Probst, bvse-Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung e.V. Die PET-Getränkeflaschen werden über ein Pfandsystem sortenrein, aber auch über den LVP-Strom erfasst und einer Sortierung, einer Aufbereitung und einem Recycling zugeführt. Die resultierenden Mahlgüter und Regranulate besitzen einerseits Lebensmittelkontaktqualität (Food-contact) und werden der Herstellung der PET-Getränkeflaschen wieder zugeführt oder in Folien und Schalen, z. B. in Obst- und Gemüseverpackungen, erneut eingesetzt. Andererseits werden Rezyklate erzeugt, die im Nichtlebensmittelbereich (Non-food-contact) Anwendung finden. Diese Rezyklatanteile als auch Folien und Schalen aus lebensmitteltauglichen Rezyklaten können dem PET-Getränkeflaschenzyklus nicht wieder hinzugefügt werden (End-of-Pipe) und werden durch Neuware ersetzt. In Ergänzung zum mechanischen Recycling, ermöglicht das chemische Recycling die Verwertung von Stoffströmen, die über das mechanische Recycling nicht wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll recycelbar sind, wie beispielsweise Materialverbünde oder kontaminierte Kunststoffe. Mithilfe des chemischen Recyclings bzw. der sogenannten rohstofflichen Verwertung werden Kunststoffe in ihre chemischen Bestandteile zerlegt, u. a. in Monomere, Synthesegas oder Pyrolyseöl, und der Wertschöpfungskette in Form von Rohstoffersatz wieder zugeführt. Zu den chemischen Recyclingverfahren gehören z. B. die verschiedenen Verfahren der Solvolyse, der Enzymolyse, der Pyrolyse oder der Gasifikation. * Plastics Europe (o.J.): Chemisches Recycling – Alle Fragen auf einen Blick (abgerufen am 12.12.2024). Auch wenn die genannten Verfahren in ihrer grundlegenden Technologie bereits lange existieren, ist eine umfassende Kommerzialisierung für die Kunststoffverwertung noch nicht erreicht. Herausfordernd sind auch hier einzuhaltende Mindestqualitäten der Inputströme. Es werden künftig zusätzliche, auf das chemische Recycling zugeschnittene Sortierfraktionen mit entsprechender Qualität erforderlich sein. Perspektivisch wird aufgrund der Branchenexpertise davon ausgegangen, dass Abfallunternehmen diese Stoffströme zur Verfügung stellen, welche hauptsächlich die chemische Industrie über die Fortentwicklung ihrer etablierten Technologien – und unter Berücksichtigung innovativer Ansätze von Start-ups – verarbeitet. * Bvse (2022): Chemische Recyclinganlagen meist erst im Forschungsbetrieb (online). bvse e.V., (abgerufen am 18.09.2024), verfügbar unter: https://www.bvse.de/gut-informiert-kunststoffrecycling/nachrichten-recycling/8218-chemische-recyclinganlagen-meist-erst-im-forschungsbetrieb.html. Die dazu notwendigen verfahrenstechnischen und logistischen Strukturen sowie die Verantwortlichkeiten der Akteure und Akteurinnen stehen aktuell in der Diskussion und Entwicklung. Unsicherheiten bestehen auch im Marktumfeld des chemischen Recyclings, da insbesondere konkrete Gesetzesvorgaben (z. B. Anrechnung der Recyclingquote) für das chemische Recycling fehlen. Die über das chemische Recycling erzeugten Monomere und chemischen Grundbausteine können physikalisch nicht von fossil-basierten Rohstoffen unterschieden werden und eignen sich gleichermaßen für eine folgende Verarbeitung. Um dennoch Rezyklateinsatzquoten ableiten zu können, wird aktuell der Massenbilanzansatz diskutiert – eine bilanzielle Zuweisung sekundärer Rohstoffe zu einem Produkt. Eine notwendige Zertifizierung des Massenbilanzansatzes sowie eine Überprüfung der Rückverfolgbarkeit sind Voraussetzungen für eine fundierte bzw. glaubhafte Ausweisung der zirkulären Rohstoffe. * Thinktank Industrielle Ressourcenstrategien (2023): Massenbilanzierung für das Chemische Recycling (abgerufen am 12.12.2024). Weitere Herausforderungen chemischer Recyclingverfahren sind die erforderlichen hohen Temperaturen und Druck sowie hohe Hilfsmittelaufwände, aber auch die Behandlung und Entsorgung entstehender Nebenprodukte sowie die damit einhergehenden Kosten. Dennoch wird dem chemischen Recycling künftig eine steigende Rolle in der Kunststoffwertschöpfungskette zugesprochen. Als Ergänzung zum mechanischen Recycling ist es möglich, weitere Stoffströme für die Rückführungen in den Wirtschaftskreislauf zu erschließen und Primärrohstoffe sukzessive zu ersetzen. Größere Mengen Kohlenstoff können so im Kreislauf geführt und eine Defossilisierung intensiviert werden. * Bvse (2022): Chemische Recyclinganlagen meist erst im Forschungsbetrieb (online). bvse e.V., (abgerufen am 18.09.2024). Eine digitale Vernetzung des gesamten Kunststoffkreislaufs baut auf den erzeugten, gespeicherten sowie weitergeleiteten Daten und Informationen einzelner Wertschöpfungsstufen auf. Im Idealfall trägt jeder Akteur und jede Akteurin mit spezifischen produkt- und prozessbezogenen Daten zur Schließung des gesamten Informationskreislaufs bei. Wesentlich hierfür ist der Aufbau eines Systems von Schnittstellen zwischen Unternehmen, das eine vertrauenswürdige, rechtssichere, bedarfsgerechte Weitergabe und Rückverfolgung kreislaufrelevanter Daten und Informationen ermöglicht. Aktuell sind eine fehlende Prozessautomatisierung, unzureichende Datenverfügbarkeiten oder die fehlende Interoperabilität zwischen Schnittstellen – insbesondere Unternehmen der verschiedenen Wertschöpfungsstufen – wesentliche Herausforderungen. Jedoch wird durch Forschung und Entwicklung sowie bereits in der Praxis etablierte Digitalisierungslösungen eine sukzessive Vernetzung der Kunststoff-Wertschöpfungskette vorangetrieben. Vernetzende digitale Lösungen wie der digitale Produktpass, der digitale Zwilling oder digitale Plattformen, aber auch der Einsatz künstlicher Intelligenz in den Sortier- und Recyclingtechnologien spielen dabei eine wesentliche Rolle. * Orth, P.; Bruder, J. und Rink,M (2022): Kunststoffe im Kreislauf - Vom Recycling zur Rohstoffwende. Springer Verlag, ISBN : 978-3-658-37813-4. Bereits technologisch vorangeschritten sind intelligente Sortiertechnologien, die weitere Kunststoffmengen für ein mechanisches Recycling erschließen. Dabei verarbeiten vorab angelernte Modelle (sog. neuronale Netze) die durch industrielle Kamerasysteme erzeugten Bilddaten ebenso wie die mithilfe von Nahinfrarot-(NIR-)Spektroskopie gemessenen spektralen Daten. Die gesteigerte Rechenleistung erfasst farb-, form- und materialspezifische Eigenschaften effizienter und erhöht den Materialdurchsatz sowie die Sortiergenauigkeit. Daraus resultiert ein homogeneres Ausgangsprodukt für die Rezyklatherstellung. Für Recyclingprozessschritte, wie bspw. Waschprozesse, sind digitalisierte Lösungen noch in der Erforschung, um insbesondere eine Rückverfolgung einzelner Stoffströme transparenter darzustellen. * VDI Nachrichten (2024): Technologies to Watch. Jahrgang 77 (2023), Heft 26, Seite 22. Der Einsatz digitaler Lösungen für sektor- und materialspezifische Herausforderungen wird für die Steigerung der Kreislaufverfügbarkeit von Kunststoffen eine wesentliche Rolle spielen und kann u. a. folgende Potenziale heben: * Interview Christian Schiller, Cirplus Eine gemeinsame, wertschöpfungsstufenübergreifende „Sprache“ ist eine Grundvoraussetzung für eine kreislauffähige Kunststoffwirtschaft – auf Prozess-, Rezyklat- sowie auf Produktebene. Der Einsatz von Rezyklaten in Produkten setzt voraus, dass die unterschiedlichen Produktstandards von der Baubranche über die Landwirtschaftsbranche bis hin zur Automobilbranche eingehalten werden und die Sicherheit, der Gesundheitsschutz, der Umweltschutz und die Funktion des Produktes durch den Rezyklateinsatz bestehen bleiben. Werden Rezyklate in Produkten eingesetzt, können diese laut der DIN EN ISO 14024 anhand eines Kriterienkatalogs zertifiziert werden, um Rezyklatanteile entsprechend auszuweisen. Bekannte Typ-I-Umweltzeichen sind bspw. der Blaue Engel, das europäische Umweltzeichen oder das RAL-Gütezeichen für rezyklierte Kunststoffe aus dem Gelben Sack. Auf Ebene der Kunststoffrezyklate sind erste Konsortial- und Rahmenstandards für den digitalen Austausch kreislaufrelevanter Daten und Informationen von Kunststoffrezyklaten auf nationaler Ebene umgesetzt worden. Dazu gehört die harmonisierte Ausgestaltung von Schnittstellen, Datenformaten, Datenqualitäten und Zugriffsregelungen. Hierzu zählen z. B.: Die Normen zur Klassifizierung von Kunststoffrezyklaten wurden in die europäische Norm DIN EN 18065 (2024/03) übertragen – eine wesentliche Voraussetzung, um eine europäische und folgend internationale Interoperabilität zu sichern. Diese soll beispielsweise auch durch den Gemeinschaftsausschuss „Digitaler Produktpass“ des DIN und DKE gefördert werden. Ziel ist es, zersplitterten und interoperablen Einzellösungen auf nationaler und internationaler Ebene entgegenzuwirken * DIN e.V. und DKE e.V. (2023): Normen für den Digitalen Produktpass – DIN und DKE gründen Gemeinschaftsausschuss (online). Din e.V. Presse, (abgerufen am 19.08.2024). . Auf Prozessebene wird eine Interoperabilität zwischen industriellen Automatisierungsgeräten und -systemen durch OPC UA-Standards umgesetzt – eine Grundvoraussetzung, um Datenübertragungen zwischen Maschinen zu ermöglichen und einen Upload harmonisierter Daten in die Cloud zu gewährleisten. Weitere Standardisierungsbedarfe für Schlüsselthemen der Kreislaufwirtschaft wurden in der Normungsroadmap Circular Economy von DIN, DKE und VDI gemeinsam mit Stakeholdern und Stakeholderinnen erarbeitet, die aktuell sukzessive umgesetzt werden. Es gibt derzeit viele Forschungsvorhaben, Technologieentwicklungen und innovative Ansätze sowohl in der unternehmerischen Praxis als auch in der Forschung, um den Kreislauf für Kunststoffe zu stärken und zu stabilisieren. So werden bspw. aktuell in der Fördermaßnahme „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft –Kunststoffrecyclingtechnologien (KuRT)“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung Projekte zur Entwicklung innovativer Ansätze und Technologien für ein hochwertiges und ressourceneffizientes Kunststoffrecycling gefördert. Im Folgenden sollen einige aktuelle Forschungsvorhaben und Best-Practice-Beispiele vorgestellt werden, die einen kurzen Einblick in die derzeitigen Entwicklungen der Kunststoffwertschöpfungskette geben. Diese sind jedoch nur als beispielgebend zu verstehen, da eine gesamte Darstellung aktuell laufender Vorhaben aufgrund der Vielfältigkeit an dieser Stelle nicht abbildbar ist.

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    text_type: Editorial,
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Origin: /Bund/BMUV/VDI-Zentrum Ressourceneffizienz

Tags: Pyrolyseöl ? Kunststoffrecycling ? Mechanisches Recycling ? Chemisches Recycling ? Recyclinganteil ? Recycling ? Kunststoff ? Erdöl ? Stoffliche Verwertung ? Chemische Industrie ? Synthesegas ? Kunststoffabfall ? Recyclingkunststoff ? Sekundärrohstoff ? Energierückgewinnung ? Chemolyse ? Altfahrzeugverordnung ? Pyrolyse ? Primärrohstoff ? Sortieranlage ? Rezyklat ? Kunststoffproduktion ? Rezyklateinsatz ? Recyclinganlage ? Recyclingquote ? PET-Flasche ? Energieeinsparung ? Rohstoff ? Studie ? Verpackungsverordnung ? Kreislaufwirtschaft ? Pfandsystem ? Forschung und Entwicklung ? Stoffstrom ? Rohstoffverarbeitung ? Standardisierung ? Aufbereitungstechnik ? Ressourcenschonung ?

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