Effizientes Recycling und erweiterte Nutzung von kunststoffhaltigen Abfallströmen

Das Fraunhofer-Leitprojekt »Waste4Future« setzt neue Maßstäbe im Abfallmanagement und in der Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe. Acht Fraunhofer-Institute entwickelten in den vergangenen vier Jahren gemeinsam Lösungen zur effizienteren Nutzung kunststoffhaltiger Abfälle.

Im Projekt wurden Recyclingmethoden, Aufreinigung, Sortierung, Rezepturen und die Verarbeitung hochwertiger Rezyklate entscheidend verbessert und neue Verwertungspfade erschlossen. Die hergestellten Rezyklate können als Basisstoff für neue Kunststoffe eingesetzt werden und so die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen wie Erdöl und Erdgas reduzieren.

Forschungsschwerpunkt chemisches Recycling

»Waste4Future« konzentrierte sich auf sechs zentrale Forschungsfelder: Bewertungsmodelle, Sensortechnik, Sortiertechnik, werkstoffliches Recycling, Formulierungsentwicklung und chemisches Recycling. Das Fraunhofer IKTS entwickelte dabei neue Möglichkeiten für das chemische Recycling kunststoffhaltiger Abfälle.

Die Freiberger IKTS-Forschungsgruppe Kohlenstoff-Kreislauf-Technologien KKT optimierte hierfür Pyrolyse- und Gasifizierungstechnologien, die die stoffliche Nutzung kunststoffhaltiger Reststoffe aus der Sortierung ermöglichen. Dadurch können die Kunststofffraktionen in gasförmige, flüssige und feste Produkte umgewandelt und somit werkstofflich verwertet werden.

Die eingesetzten Technikums- und Pilotanlagen haben Kapazitäten bis in den Bereich von 100 kg/h Einsatzmaterial. Sie bieten die Möglichkeit, Validierungsdaten im großskaligen Maßstab bereitzustellen und dadurch eine Bilanzierung unter Realbedingungen zu gewährleisten. Für industrielle Partner können damit außerdem Produktmuster unter Praxisbedingungen hergestellt werden.

Neue Modellansätze für optimierte Recyclingprozesse

Darüber hinaus entwickelte das IKTS-Team ein neues Entropiemodell, das die ganzheitliche Bewertung kunststoffhaltiger Abfallströme hinsichtlich ihres Recyclingpotenzials ermöglicht. »Wir konnten zeigen, dass durch Gasifizierung und Pyrolyse auch kunststoffhaltige Abfallströme verwertet werden können, die mechanisch nicht mehr recycelbar sind«, erklärt Dr. Jörg Kleeberg, Leiter des Teilprojekts »Chemisches Recycling« am Fraunhofer IKTS. »Diese bieten ein hohes Potenzial, um die Recyclingquoten zu steigern und den Kohlenstoffkreislauf zu schließen«.

Innerhalb des »Waste4Future« Projekts wurden verschiedene Prozessrouten des chemischen Recyclings über die Pyrolyse und Gasifizierung in Prozesskettensimulationen abgebildet. Diese wurden anschließend mit experimentellen Daten auf der Basis von Technikumsversuchen validiert und dienen als Grundlage für den Vergleich der verschiedenen Recyclingverfahren sowie der Übertragung auf industrielle Anwendungen. Dabei wurden das chemische und werkstoffliche Recycling dem aktuellen Stand der energetischen Verwertung gegenübergestellt.

Die gewonnenen Daten ermöglichen eine Bilanzierung und Optimierung der verschiedenen Recyclingpfade und chemischen Verfahren. Auf dieser Basis können neue Synthesewege zur Herstellung von Kunststoffen entwickelt und bestehende Prozesse in ihrer Effizienz gesteigert werden.

Zukunftsperspektiven für Kreislaufwirtschaft und Industrie

Die Ergebnisse des Fraunhofer-Leitprojekts »Waste4Future« zeigen vielseitige Optimierungsmöglichkeiten für das Kunststoff-Recycling und die Verarbeitung recycelter Kunststoffe auf. Die beteiligten Fraunhofer-Institute bieten damit entscheidende Impulse für die Abfallwirtschaft und die chemische Industrie. Das Fraunhofer IKTS konnte mit seinen Kompetenzen entlang der gesamten Entwicklungskette des chemischen Recyclings – vom Labor bis in den Pilotmaßstab – wichtige Beiträge für die stoffliche Nutzung kunststoffhaltiger Reststoffe im Projekt leisten. In Anschlussprojekten sollen die gewonnenen Erkenntnisse weiter validiert werden und zur Etablierung nachhaltiger Rohstoffkreisläufe beitragen.

Über das Fraunhofer-Leitprojekt Waste4Future:

Projektlaufzeit: 2021 - 2024

Beteiligte Institute:

• Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR
• Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
• Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
• Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
• Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
• Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS
• Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP
• Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF