Zielsetzung:
Die Volatilität globaler Lieferketten in den letzten Jahren, steigende Erzeugerpreise für Verpackungsmaterialien und eine Ressourcenverschwendung durch Einwegverpackungen in der Industrielogistik erfordern neue, resiliente Produktionsansätze. Industrieunternehmen in Deutschland sehen sich besonders mit wachsendem Kostendruck und regulatorischen Anforderungen an nachhaltige Verpackungslösungen konfrontiert - bei gleichzeitigem Mangel an flexiblen, ökologischen Alternativen.
PALPRINT adressiert dieses Defizit mit einem innovativen Systemansatz: einer modularen, vor Ort installierten Produktionslösung, die industriellen Kunden maßgeschneiderte Mehrwegverpackungen aus recycelten Kunststoffen ermöglicht - direkt am Bedarfsort, ohne Werkzeugkosten, ohne Lieferkettenrisiken. Der Lösungsansatz lautet 3D-Druck für die automatisierte Herstellung zirkulärer Mehrweg-Verpackungen für die Industrielogistik.
Ziel des durch die DBU geförderten Vorhabens ist die technologische und betriebliche Entwicklung eines skalierbaren „System-as-a-Service“-Modells für die zirkuläre Verpackungsproduktion. Die Kombination aus generativem Design, lokalem Fused Granulate Fabrication (FGF)-3D-Druck und einem regional geschlossenen Materialkreislauf (DRAM-Ansatz) reduziert Ressourcenverbrauch, CO2-Emissionen und Abfallmengen entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
Konkret zielt das Vorhaben auf:
- die Stabilisierung der Prozessparameter bei der automatisierten Herstellung von Verpackungen aus Rezyklaten,
- die Weiterentwicklung der bestehenden generativen Designsoftware für Verpackungen,
- die Erprobung eines lokalen Materialkreislaufs durch Rückführung und Wiederverwertung des Materials alter Ladungsträger für den exakt selben Produktionsprozess,
- die Erprobung einer Pilotanlage zur dezentralen Produktion direkt bei Kundenunternehmen.
Die Fördermittel der DBU unterstützen PALPRINT in der risikoreichen Vorentwicklungsphase bei der Etablierung eines nachhaltigen Produktionssystems, das ökologische Wirkung mit wirtschaftlicher Skalierbarkeit vereint. Die Wirkung erstreckt sich auf mehrere Nachhaltigkeitsziele: Ressourcenschonung und Abfallvermeidung (SDG 12), Klimaschutz durch CO2-Einsparung und regionale Produktion (SDG 13), Innovation und resiliente Industrie (SDG 9), sowie die Schaffung qualifizierter Arbeitsplätze im Bereich GreenTech (SDG 8).
Die Abscheidung von Kohlendioxid (Carbon Capture) wird für viele energieintensive und schwer dekarbonisierbare Prozesse wesentlich sein, um zukünftige CO2-Ziele einhalten zu können. Es gibt unterschiedliche Verfahren zur CO2-Abscheidung, wobei die Aminwäsche (Absorption) am weitesten verbreitet ist und in großem Maßstab kommerziell eingesetzt wird. Den Vorteilen der hohen Beladungskapazität und Selektivität stehen bei diesem Verfahren die Nachteile eines hohen Energiebedarfs, hoher Investitionskosten und verfahrensbedingter Aminemissionen gegenüber. Eine äußerst attraktive Alternative stellen adsorptive Trennverfahren mit festen Adsorbentien dar, mit dem Potential für geringeren Energiebedarf, einer Vermeidung von Aminschlupf durch die feste Bindung an den Träger und sehr guter Skalierbarkeit des Verfahrens. Als Adsorbentien für die CO2-Abtrennung werden heute praktisch ausschließlich Granulate oder Pellets betrachtet, da keine Alternativen in großem Maßstab verfügbar sind. Zur Behandlung von sehr großen Volumenströmen sind strukturierte Packungen, z.B. Wabenkörper, aufgrund Ihres deutlich günstigeren Verhältnisses von Druckverlust zu spezifischer Oberfläche von wesentlichem Vorteil im Vergleich zu Festbettschüttungen. Strukturierte Adsorbentien zur CO2-Abtrennung sind derzeit nicht in industriellem Maßstab verfügbar. Die Entwicklung und Fertigung ist kapitalintensiv und erfordert sehr spezielles Know-how auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, einen auf aminfunktionalisierten Wabenkörpern basierenden Adsorptionsprozess zur effizienten Abscheidung von CO2 aus Prozess- oder Rauchgasen zu entwickeln und anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele zu demonstrieren.
Die thomas zement GmbH plant die Errichtung und den Betrieb von vier Klärschlammsilos mit je einer Kapazität von 100 m3 als Erweiterung ihres bestehenden Zementwerkes. Dies soll ermöglichen, Klärschlammgranulat auch über längere Wochenenden und Feiertagen hinweg nutzen und den LKW-Lieferverkehr an Feiertagen und Wochenenden reduzieren zu können.
Ehemals wurde kein extra Lager für derartige Ersatzbrennstoffe (EBS) beantragt. Doch durch die aktuelle Verfügbarkeit derartiger EBS wurde begonnen, diese mit zu nutzen. Bisher wurden genanntes Granulat in den Silos für Braunkohlestaub aufgenommen. Neben der Möglichkeit der durchgängigen Versorgung der Anlage mit EBS, spricht auch der hohe biogene Anteil des Klärschlamms für die Schaffung einer dedizierten Lagermöglichkeit.
Der eingesetzte Klärschlamm hat einen Trockensubstanzgehalt von mindestens 92 %, stammt aus der Behandlung von kommunalen Abwässern (Abfallschlüssel nach Abfallverzeichnis-Verordnung: 19 08 05) und gilt damit als ungefährlicher Abfall.
Erforscht wird die Dynamik feuchter Granulate, etwa feuchter Sand oder feuchte Böden. Es wird mit experimentellen, analytisch-theoretischen und numerischen Methoden versucht, die elementaren Mechanismen zu verstehen, die hinter Erdrutschen und Dünenwanderung, aber auch Wasserhaltefähigkeit von sandigen Böden, am Werk sind.