Um die Glasproduktion nachhaltig und klimafreundlich zu gestalten, unterstützt das Bundesumweltministerium die Gerresheimer AG am Standort Lohr am Main bei der Anwendung eines neuen Verfahrens zur Produktion hochwertiger Primärverpackungen aus Glas für die Pharma- und Kosmetikindustrie. Damit können die verursachten jährlichen CO2-Emissionen um rund 22.000 Tonnen pro Jahr reduziert werden. Zudem ermöglicht die Optimierung des Produktionsprozesses die Einsparung von 5.000 Tonnen Rohmaterial pro Jahr. Die Mittel dazu stammen aus dem Umweltinnovationsprogramm des BMUV.
Die Herstellung von Glasbehältern für die Pharma- und Kosmetikindustrie erfordert die Einhaltung hoher Qualitätsansprüche an das Glas sowie das Angebot einer breiten Produktpalette. Hierzu werden üblicherweise große Mengen an Energie und Rohstoffen eingesetzt. Mit dem geplanten Projekt wird das Unternehmen im Rahmen seiner ambitionierten globalen Nachhaltigkeitsstrategie in eine Schmelzwanne investieren, die im Vergleich zu konventionellen Schmelzwannen mit einem erheblich höheren Stromanteil betrieben werden kann. Hierzu wird Strom aus erneuerbaren Energien bezogen. Gleichzeitig wird das Unternehmen seinen Produktionsprozess mit einem innovativen Steuerungssystem ausstatten.
Dieses ganzheitliche Projekt zur Glasproduktion gibt wichtige Impulse für eine klimafreundliche und nachhaltige Glasherstellung. Es hat Modellcharakter für die gesamte Glasindustrie.
Mit dem Umweltinnovationsprogramm wird die erstmalige, großtechnische Anwendung einer innovativen Technologie gefördert. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.
Das Ziel der in diesem Projektvorhaben geplanten Arbeiten ist die Nutzung von Mikroalgen als nachhaltige Rohstoffe zur biologischen Herstellung von Feinchemikalien unter Vermeidung toxischer Substanzen und auf der Basis der Etablierung effizienter heterotropher Produktionsprozesse und der Nutzung biogener Reststoffe als Kohlenstoffquellen. Damit ist geplant, dass der gesamte Produktionsprozess Bestandteil einer effizienten Wertschöpfungskette ist, die u.a. auch die Verwertung und Umsetzung von photosynthetisch hergestelltem Biomaterial (Cellulose) beinhaltet. Somit ist indirekt auch die Verwertung und Umwandlung von CO2 in Feinchemikalien als Bestandteil der Projektstrategie gewährleistet. Als Produkte stehen spezifische Tri- und Sesquiterpene zur Auswahl, die entweder als Naturstoffe in der Alge produziert werden oder deren Produktion auf heterologem Wege biokatalytisch induziert wird. Alle genannten Produkte sind von großem Interesse in der chemischen/pharmazeutischen Industrie, in der industriellen Biotechnologie sowie in der Kosmetikindustrie.
Alpla betreibt für Kunden Produktentwicklungen, realisiert Verpackungslösungen aus Kunststoff und produziert Kunststoffflaschen (z.B. Mehrschichtflaschen) und andere Gebinde (Dosen, Kanister) aus HDPE und LDPE (High und Low Density Polyethylen) sowie aus PP (Polypropylen) und PET-G (Glykol-modifiziertes Polyethylenterephtalat) vornehmlich auf der Basis der Extrusionsblasform-Technologie. Alpla versteht sich als Systemlieferant u.a. für Flaschen mit Verschluss. Man unterscheidet nach der Art des Herstellungsprozesses grundsätzlich zwei Arten von Kunststoff-Tuben: Erstens spricht man von extrudierten Tuben, bei denen der Tubenkörper aus einem nahtlosen extrudierten Kunststoffrohr hergestellt wird, an den in einem zweiten Schritt die Tubenschulter angebracht wird. Zweitens spricht man von sogenannten Laminattuben, bei denen der Tubenkörper aus einem flächigen Laminat hergestellt wird, das über einen Dorn zu einer Röhre geformt und dann an den Überlappungspunkten verschweißt wird. Auch hier wird in einem zweiten Schritt die Tubenschulter angebracht. Zum Anbringen der Tubenschulter werden in der Regel die Schultern durch Compression Molding in einer speziellen Maschine („Header“) ausgeformt und zeitgleich mit dem Tubenkörper verbunden, oder es werden zuvor im Spritzguss hergestellte Schulterstücke z.B. über Induktion mit dem Tubenrohling verschweißt. In dem Vorhaben sollte aus umweltpolitischen, betriebswirtschaftlichen, technologischen und gesundheitstechnischen Gründen eine innovative, umweltfreundliche Extrusions-Blasmaschine für Ein-Stufen-Blasprozesse zur Tubenfertigung bei Alpla in Betrieb genommen werden, die den Stand der Technik für die Herstellung von Tuben aus Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) bei weitem übertrifft. Diese Extrusions-Blasmaschine basiert auf der Blow Moulding Unlimited (BMU) Technologie und vereint die Herstellungsschritte Granulateinspeisung, Extrusion, Kalibrierung und Schneiden in einem Prozess. Am Ende dieses Prozesses steht die fertige Tube. Die neue Technologie sollte im Vergleich zu üblichen Herstellungsverfahren mehr als 35 Prozent Material und 46 Prozent Energie einsparen. Trotz Serienreife des neu entwickelten Produktionsverfahrens konnte das Vorhaben nicht mit den Kooperationspartnern der Kosmetikindustrie kommerziell umgesetzt werden. Ungeachtet der oben genannten Tatsache hat die Alpla das Produktionsverfahren auf der neuartigen BMU-Produktionsmaschine im Rahmen einer Werkzeug- und Maschinenqualifizierung auf Produktionstauglichkeit testen können. Die hierbei produzierten Tuben haben den definierten Qualitätsmerkmalen entsprochen. Das Produktionsverfahren konnte demnach in einem kurzen Produktionslauf erfolgreich eingesetzt werden. Eine technische Betrachtung der Ergebnisse des Vorhabens zeigt keine Beanstandungen. Das Ziel, den Materialverbrauch pro Tube von 16,2 Gramm auf 11,9 Gramm zu senken, wurde erreicht. Perspektive: Alpla setzt in vielen Produkten einen hohen Anteil an Kunststoffrezyklaten ein, die zu einem großen Anteil aus eigenen Betrieben stammen. Der Rezyklatanteil der bei Alpla hergestellten Kunststofflaschen liegt bei über 45 Prozent. Der Einsatz von Rezyklaten ist theoretisch auch bei den innovativen Tuben möglich, war aber nicht Bestandteil geförderten Vorhabens.
Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren
Umweltbereich: Ressourcen
Fördernehmer: ALPLA Werke Lehner GmbH & Co. KG
Bundesland: Nordrhein-Westfalen
Laufzeit: 2016 - 2017
Status: Abgeschlossen
Zielsetzung und Anlass:
Die Eutrophierung stellt eine der größten ökologischen Bedrohungen der Ostsee dar, was sich aktuell in einer riesigen Todeszone (Sauerstoffmangel) am Meeresboden der tiefen Becken wiederspiegelt. Deshalb soll in dieser Machbarkeitsstudie eine nachhaltige marine Biomasse-Produktion des Blasentangs (Fucus vesiculosus) in Freilandversuchen in der Ostsee durchgeführt werden, um mit Hilfe dieser Makroalge eine Abreicherung von überschüssigen Nährstoffen herbeizuführen. In mehreren Schritten werden wir untersuchen inwiefern eine Hochskalierung vom Labor- zum offshore-Maßstab möglich und wie groß das Potenzial von großflächigen offshore-Freilandkulturen von Makroalgen ist. Weiterhin untersuchen wir ob die Biomasse umweltschonend produziert und als Wertstoff (Kosmetik), organischer Dünger, und/oder Biogas-Rohstoff (Energieträger) genutzt werden kann.
Das Gesamtziel des Vorhabens in diesem Konsortium ist somit die Beurteilung der Chancen und Möglichkeiten von großflächigen Makroalgen-Freilandkulturen hinsichtlich:
I. Schaffung eines regional möglichst geschlossenen Nährstoffkreislaufs zur Reduzierung der Nährstoffanreicherung in der südwestlichen Ostsee,
II. Produktion von nachhaltigen Rohstoffen ohne dünge-, pflanzenschutz- und wasser-intensiven Landverbrauch, sowie
III. Prüfung zusätzlicher Ertragsmöglichkeiten für Fischer und Einsparmöglichkeiten für Landwirte.
Das vielfältige Potenzial der Ökosystemdienstleistungen von Blasentang-Freilandkulturen wird somit erstmalig experimentell in der Ostsee untersucht, und trägt zu den UN Nachhaltigkeitszielen bei. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und regionalen Stakeholdern (Fischer, Windparkbetreiber, Landwirte, Anlagenbetreiber für Biogas) durchgeführt.
Arbeitsschritte und Methoden:
Während der Projektdauer von drei Jahren bearbeiten wir vier Schwerpunkte: I. Kultivierung, II. Biomassecharakterisierung, III. Ernte und IV. Nutzung des Blasentangs.
I. die bereits etablierte Nachzucht von Blasentang auf für die Freilandkultur geeignete Substrate wird optimiert. Danach wird die gut funktionierende Algenkultivierung vom Labor- und Mesokosmen-Maßstab zu mittleren Feldkulturen in der Eckernförder Bucht ( Prototyp einer Offshore-Kultur) heraufskaliert. Während all der Stufen der Hochskalierung werden die Effekte auf die Umwelt (abiotisch: Nährstoffgehalte, Sauerstoffkonzentration, pH; biotisch: Biodiversität organismisch und per eDNA) detailliert untersucht. Weiterhin soll die Zusammenarbeit mit Fischern und Windanlagenbetreibern als auch Genehmigungsbehörden (BSH, LLUR etc.) als Stakeholdern in Anspruch genommen werden, zu denen bereits intensive Kontakte bestehen.
II. Die erzeugte Blasentasng-Biomasse wird ökophysiologisch und biochemisch charakterisiert, um bspw. Überlebensgrenzen, optimale Erntezeitpunkte und vielversprechende Wertstoffe zu identifizieren.
III. Die Erntemethodik und Erstbehandlung an Land muss sorgfältig untersucht werden. Hier ist zum einen die Expertise von Fischern gefragt, die zumindest partiell von Fischfang auf die Wartung der Algenkulturen und die Algenernte umsteigen wollen. Der Schwerpunkt liegt auf der Nutzung der Biomasse an Land. Eine energieaufwändige Trocknung soll als Vorbehandlung vermieden werden.
IV. Aus den biochemischen Analysen unter II. lassen sich bereits interessante Wertstoffe (Naturstoffe) z.B. für die kosmetische Industrie ableiten. Ansonsten ist die einfachste und bereits bewährte Nutzungsmöglichkeit das Einarbeiten der Algenbiomasse nach vorheriger Extraktion von Wertstoffen als Ersatz für mineralische Kunstdünger. Vor einer großflächigen und langfristigen Nutzung der Algenbiomasse als natürlicher Mineraldüngerersatz muss deren Belastung mit Schadstoffen, z.B. Schwermetallen, geprüft werden. (Text gekürzt)