Teilprojekt C05 hat zum Ziel, den wichtigen Eintragsweg für Kunststoffe, in Form von Mikroplastik, in die Umwelt aus technischen Anlagen (MP) mechanistisch aufzuklären. Gleichzeitig sollen neue Ansätze verfolgt werden, die zur Vermeidung bzw. Reduktion von MP aus Standardkunststoffen maßgeblich beitragen sollen. Zu diesem Zweck sollen Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Nylon, Polyethylenterephthalat, Polyisopren und Polyvinylchlorid durch Beschleuniger (in situ) in ihren Oberflächeneigenschaften für die Biofilmbildung modifiziert und dadurch unter Prozessbedingungen biologisch angreifbar und abbaubar gemacht werden. So können auch Standardkunststoffe umweltverträglicher bezüglich der MP-Partikel Bildung werden. Damit geht TP C05 weit über die bislang üblichen eher deskriptiven Studien zu MP in technischen Anlagen und der Umwelt hinaus. Folgende zentrale Fragen sollen in TP C05 in Hinblick MP-Partikel in technischen Anlagen der Abfall- und Abwasserwirtschaft beantwortet werden: 1. Kommt es in den Anlagen zu spezifischen (biologischen) Abbau- und Degradationsvorgängen? 2. Wie hängen die zu beobachtenden Prozesse von MP-Charakteristika (Materialsorte, Zusammensetzung, Größe, Morphologie, Beschichtung) ab, ? 3. Lassen sich die Vorgänge ('Bioabbaubarkeit') durch gezielte Modifikation der Partikeloberfläche vor oder in den Anlagen beschleunigen? 4. Welche ökologischen Konsequenzen einer Ausbringung der (modifizierten) Partikel in die Umwelt und hier vor allem in den Boden lassen sich postulieren?
Zielsetzung: Das Forschungsprojekt hat die Entwicklung eines Verfahrens zur Trennung von Beschichtungen und Textilien zum Ziel. Speziell geht es um persönliche Schutzausrüstung (PSA) in Form von Arbeitsschutzhandschuhen mit Nitrilkautschuk-Beschichtung, deren Basisrohstoffe zurückgewonnen und wiederverwertet werden sollen. Ansprüche an das Vorhaben sind das Schließen von Lücken in der Kreislaufwirtschaft sowie Vermeidung von Abfällen. Daher wird angestrebt, ein Downcycling der gewonnenen Rohstoffe zu vermeiden und aus ihnen wieder beschichtete Textilien herzustellen. Zur Umsetzung dieses Vorhabens soll ein mehrstufiges Recyclingverfahren zum Trennen der in den Schutzhandschuhen enthaltenen Wertstoffe entwickelt werden. Die von den Projektpartnern zu erarbeitenden und zu untersuchten Prozessschritte beinhalten dabei neben Wasch- und Sortiervorgängen auch das Schreddern und Feinmalen der Arbeitsschutzhandschuhe mit anschließendem Sieben oder Windsichten zur Rückgewinnung der Ausgangsmaterialien, um diese schmelzfiltern oder granulieren zu können. Anlass des Projektes ist der Anfall hoher Abfallmengen an beschichteten Handschuhen, was bspw. bei der Daimler Truck AG rund 5,8 Mio. Paare pro Jahr ausmacht. Potenziell als Abfall anfallen können ca. 124 Mio. Paare pro Jahr (ca. 6.200 t), wenn man von der Gesamtmenge produzierter Ware in diesem Segment ausgeht. Die beschichteten Handschuhe werden am Endes ihres Gebrauchs der Müllverbrennung zugeführt. Grund der thermischen Verwertung ist die Untrennbarkeit der Beschichtungen vom Substrat mit der bestehenden Prozesstechnik. Bei der Seiz Industriehandschuhe GmbH machen die zur Entsorgung aussortierten Handschuhe ca. 35 t aus, was 7 % von 500 t Reinigungsware entspricht. Unbeschichtete Textilien werden aufgerissen und z. T. in Abmischungen mit Neufasern in Vliesstoffen für den nicht sichtbaren Bereich im Automobil, als Putzlappen, Füllstoffe und in weiteren Anwendungen eingesetzt. Diese Verwendung recycelbarer Wertstoffe ist bisher für beschichtete Handschuhe nicht möglich. Eine Rückführung der Handschuhrohstoffe kann jedoch den Rohstoffverbrauch für Neuprodukte reduzieren und somit eine Energieeinsparung bei der Produktion begünstigen. Die nebenstehende Abbildung führt eine Soll-Ist-Darstellung der Kreislaufwirtschaft im geplanten Projekt auf. Beim Recycling von Arbeitsschutzkleidung allgemein, und bei Handschuhen im Besonderen, muss beachtet werden, dass es sich um Funktionstextilien handelt mit der Aufgabe, ihren Träger vor Umwelteinwirkungen zu schützen. Die Handschuhe stellen einen Verbundwerkstoff dar, der aus Polyamid 6.6 (Nylon) und Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) besteht. Der Nylon-Bestandteil ist ein linear aufgebautes Polyamid aus der Gruppe der Copolymere, welches nach dem Schmelzen zu Endlosfasern (Filamenten) ausgesponnen und zur textilen Fläche verstrickt wird. Der Synthesekautschuk für die Handschuhbeschichtung ist das Co-Polymerisat von Acrylnitril und 3-Butadien und wird zum Erreichen von Chemikalienfestigkeit auf die Arbeitsschutzhandschuhen aufgebracht. Die Arbeitsschutzhandschuhe mit NBR-Beschichtung werden derzeit einer Wiederverwendung nach Wiederaufbereitung durch Waschen zugeführt. Diese kann die Handschuhe jedoch nicht ewig vor Verschleiß und daher der thermischen Verwertung bewahren. Grund ist, dass derzeit keine passenden Trennverfahren für NBR-PA-Verbunde bekannt sind. Die Herstellung neuer Arbeitsschutzhandschuhe aus wiederaufbereiteten Bestandteilen ist ein Bestreben des Forschungsprojektes. Die bisherigen Recyclingansätze innerhalb der Textilindustrie sind dafür jedoch nicht geeignet. Im Rahmen des Projektes soll weiterhin eine Analyse des Produktportfolios beim Schutzhandschuhhersteller Seiz erfolgen, um Sortiervorgaben und Prozesswege für das Recycling zu definieren. Weiterhin sollen Vorgaben für Neuentwicklungen und die Beschaffung von Rohstoffen festgelegt werden, um die Produkte umweltneutraler zu gestalten. (Text gekürzt)
Bei der Haupttätigkeit der Comco Nylon GmbH , Inspire-ID: https://registry.gdi-de.org/id/de.rp.inspire.pf.bube-eureg/1000954_7680_0) handelt es sich um Herstellung von Basiskunststoffen (NACE-Code: 22.21 - Herstellung von Platten, Folien, Schläuchen und Profilen aus Kunststoffen). Es wurden keine Freisetzungen oder Verbringungen nach PRTR berichtet zu: Freisetzung in die Luft, Freisetzung in das Wasser, Freisetzung in den Boden, Verbringung von Schadstoffen mit dem Abwasser, Verbringung gefährlicher Abfälle im Inland, Verbringung gefährlicher Abfälle im Ausland, Verbringung nicht gefährlicher Abfälle.
Adipinsäure ist ein Rohstoff zur Herstellung von Nylon-6,6, ein Produkt mit einem Marktvolumen von mehreren Milliarden Euro. Im Rahmen dieses Projekts (Bio-Nylon) soll die nachhaltige Produktion von Bio-Adipinsäure mittels eines kombinierten biotechnologischen und chemischen Prozesses validiert werden. Herkömmliche Produktionsverfahren basieren auf fossilen Rohstoffen, haben einen erheblichen Energiebedarf und sind oftmals mit der Emission von unerwünschten Nebenprodukten wie dem Treibhausgas N2O verbunden. Auf Grundlage einer vergleichenden Ökobilanz (LCA, Life Cycle Assessment) konnte gezeigt werden, dass das neu entwickelte Konzept mit einer geringeren Umweltbelastung verbunden und dabei wirtschaftlich konkurrenzfähig zu den existierenden Verfahren ist (van Duuren JBJH 2011) - insbesondere dann, wenn das Abfallprodukt Lignin aus der Zellulose-Herstellung als Substrat genutzt werden kann. Die Produktion von Bio-Adipinsäure trägt durch den niedrigeren Energiebedarf und Ausstoß von Treibhausgasen sowie die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Energiewende in Deutschland bei. Prozesstechnisch werden mittels Pyrolyse von Lignin entstandene Gemische kleiner aromatischer Verbindungen durch den Biokatalysator Pseudomonas putida KT2440-JD1 zu cis, cis-Muconat umgesetzt. Dieses lässt sich leicht zu Adipinsäure hydrogenieren. Eine neuartige Kultivierungsmethode für den Biokatalysator bietet darüber hinaus großes Optimierungspotential.
Thermoplastische Faserkunststoffverbunde (FKV) bieten aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und Festigkeit ein besonders hohes Potenzial zur Reduzierung des Gewichts von Elektrofahrzeugen. Voraussetzung für die industrielle Anwendung dieser Leichtbauwerkstoffe sind effektive Fertigungsverfahren zur anforderungsgerechten Kombination von Faser- und Matrixwerkstoffen sowie drastisch verkürzte und flexible Fertigungsabläufe. Von besonderer Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften des FKV ist dabei die räumliche und kraftflussgerechte Anordnung der Verstärkungsfasern im Funktionsbauteil. Teure Karbonfasern bestimmen in hohem Maß den Preis damit erzeugter FKV. Ihre Rückgewinnung und Wiederverarbeitung im Stoffkreislauf von FKV ist daher geboten. Das Ziel des Forschungsprojekts 3DProCar ist die Entwicklung einer automatisierten, verkürzten und großserientauglichen Fertigungsprozesskette für thermoplastische FVK-Karosserieteile. Das FKV-Halbzeug für Funktionsbauteile soll dabei innovativ durch eine textile Webtechnologie erzeugt werden, die die Herstellung dreidimensionaler Gebilde ermöglicht. Für den Einsatz als Verstärkungsfasern müssen Glasfasern und in zunehmendem Maße auch recycelte Karbonfasern durch spezifische Herstellungs- und Vorbehandlungsverfahren erzeugt bzw. präpariert und mit dem Matrix-Kunststoff zu einem hybriden webtechnisch verarbeitbaren Garn verbunden werden.
Die Verschmutzung der marinen Umwelt durch Kunstoffabfälle erfährt zunehmende wissenschaftliche und umweltpolitische Aufmerksamkeit. Über Abwassersysteme, Flüsse, durch den Wind oder menschliche Unachtsamkeit gelangen Kunststoffabfälle in die Meere. Diese können unter Sonnenstrahlung und mechanischer Beanspruchung zu kleinen Mikropartikeln zerfallen. Die genaue Menge von Mikroplastik in der marinen Umwelt ist nicht bekannt. Auch wenn die Anzahl der Studien zu Mikroplastik stetig ansteigt, sind noch viele Fragen in Bezug auf die Menge, die Verteilung, den weiteren Abbau und die Auswirkungen auf Tiere und Menschen offen. Im Rahmen dieses Projektes wurden im März und August 2017 das Vorkommen und die Menge von Mikroplastik an Stränden Sloweniens untersucht und mit einer Studie aus dem Jahr 2012 verglichen (Laglbauer et al. 2014). Im Spülsaum der Strände wurden Sedimentproben in Abständen von 10 m entnommen. Dabei wurden mit Hilfe eines Metallrohrs (Ø 12,5 cm) eine Sedimentprobe abgesteckt, mit einem Metalllöffel bis in eine Tiefe von 4 cm aushoben, in eine Aluminiumschale überführt und mit Alufolie umwickelt. Im Labor wurden die Mikroplastikpartikel mit Hilfe von Dichtetrennung aus dem Sediment extrahiert. Kunststoffe besitzen eine geringere Dichte als Sedimentpartikel und steigen in Salzlösungen mit einer höheren Dichte an die Oberfläche. Aufgestiegene Partikel wurden mit Glaspipette aufgenommen, auf einem 100 mym Metallfilter aufgefangen und mikroskopisch untersucht. Mutmaßliche Mikroplastikpartikeln wurden fotografiert, ihre Eigenschaften (z.B. Form, Farbe) notiert und chemisch-physikalisch mittels Infrarotspektrometrie (ATR-FTIR) nach Polymertyp analysiert. Auch Kontamination im Bereich des Arbeitsplatzes wurde mit einem Filter in einer Petrischale kontrolliert. Die Konzentration der visuell identifizierten Mikroplastikpartikel war in meiner Untersuchung (2017) deutlich geringer als im Sommer 2012 (Laglbauer et al. (2014). Im Sommer 2017 war die Anzahl der Mikroplastikpartikel höher als im Frühjahr 2017. Die häufigsten Mikroplastikpartikel waren Fasern, Folien und Fragmente. Die chemisch-physikalische Analyse der Mikroplastikpartikel ergab hauptsächlich Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und Nylon 6. In den Kontrollen wurden keine Mikroplastikpartikel gefunden. Die Belastung der untersuchten slowenischen Strände durch Mikroplastik war sehr gering. Es traten jedoch saisonale Unterschiede auf, die auf erhöhte Tourismusaktivitäten im Sommer zurückzuführen sein können. Mögliche weitere Belastungsfaktoren können Industrie, Aquakultur, Schiffs- und Straßenverkehr und Landwirtschaft sein. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass bei der neuerlichen Untersuchung nach fünf Jahren deutlich weniger Mikroplastikpartikel nachgewiesen wurden als noch im Jahr 2012. Diese positive Entwicklung weist auf ein besseres Umweltbewusstsein der Besucher aber auch auf eine effektive Reinigung der Strände hin.
Im Rahmen dieses Projektes wird auf Basis neuer Modifizierungsverfahren für Schichtsilikate ein kontinuierliches in-situ Herstellungsverfahren für Nanocompounds auf einem Doppelschneckenextruder entwickelt und unter praxisrelevanten Bedingungen getestet. Das Hauptaugenmerk der reaktiven Extrusion im Labormaßstab liegt auf der Prozessrealisierung und -optimierung (Vakuumentgasung, Schneckenkonfiguration) und auf der Modifizierung der Nanopartikel (Caprolactam) mit dem Ziel, eine optimale Exfolierung und Distribution der Nanopartikel in der Polymermatrix zu erreichen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen dienen als Grundlagen der Übertragung auf scale-up-Versuche. So wird im Rahmen dieses Projektes ein Herstellungsprozess von Nanocompounds realisiert. Dadurch kann dem Markt ein hochgefülltes Compound als Masterbatch zur Verfügung gestellt werden.
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