Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Recyclingmethoden von Konsumgütern bestehend aus Biopolymeren

Thermoplastische Biopolymere, wie z.B. TPS, PLA und PHA finden in der Industrie in ihrer Reinform oder in Kombination mit Naturfasern (Komposite) immer mehr an Bedeutung. Solche Applikationen wurden unter anderem in den CORNET Projekten NATUREWINS und Biobased Self Reinforced Composites untersucht. Folgende Punkte unterstützen das Interesse an Biopolymeren: sie stammen von erneuerbaren Rohstoffen, tragen zur Reduzierung der Erdölnutzung bei und reduzieren CO2 Emissionen. Die wertstoffliche Nutzung der Biopolymere am Ende ihrer Nutzung sollte ebenfalls betrachtet werden, um die Ökoeffizienz zu optimieren. Im Unterscheid zu Polyolefinen, findet zurzeit kein Recycling von biobasierten Polymeren statt. Obwohl die meisten dieser Biopolymere kompostierbar sind, ist dieser Weg nicht der attraktivste, da dieser keine Wertschöpfung der Materialien oder eine Energiegewinnung erlaubt.

Mit dem BIO-EOL Projekt werden mögliche Recyclingmethoden von Biopolymeren unter Betrachtung von theoretischen, technischen, praktischen und ökonomischen Aspekten, auch mit Hinblick auf das Potential zur praktischen Implementierung unter Praxisbedingungen, evaluiert. Um die ökologischen Vorteile von biobasierten Produkten und deren Recyclierbarkeit zu maximieren, müssen u.a. folgende Punkte evaluiert werden: Abhängigkeit der Recyclingmethode zur Qualität des recyclierten Materials, Anforderungen an Mengen, Reinheit und Komplexität der Materialien und Effizienz der Energie- und Materialgewinnung von biobasierten Abfallströmen.

Zurzeit liegt der Marktanteil von Biopolymeren unter 1%. Allerdings wird ein starkes Wachstum in naher Zukunft prognostiziert. Bis 2020 wird ein jährliches Aufkommen von 3 Millionen Tonnen erwartet. Eine Wertschöpfung dieser Stoffe kann zu neuen Sekundärmaterialien führen, bzw. als Energiequelle in Form von Biogas dienen. Die Akzeptanz der Bevölkerung hinsichtlich der verstärkten Nutzung von Biopolymeren kann mittels der neuen Technologie gestärkt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes konnten verschiedene Recyclingmethoden für thermoplastische Biopolymere entwickelt werden. Für sortenreine PLA-basierte Polymerabfälle konnte die Verarbeitung zu Rezyklaten mittels Extrusion erfolgreich demonstriert werden. Für PLA Abfälle welche sich aufgrund bestimmter Eigenschaften nicht in dieser Weise verarbeiten lassen, wurde ein Aufschlussverfahren entwickelt mit dem eine nahezu vollständige Monomerisierung erreicht wurde. Die hieraus gewonnene Milchsäure kann für eine Repolymerisierung zu neuen PLA genutzt werden. Die Gewinnung von Milchsäure aus PLA Reststoffen erscheint sowohl wirtschaftlich als auch im Hinblick auf die Ressourcenschonung vorteilhaft gegenüber der fermentativen Gewinnung. Für die Entwicklung einer Hydrolyseanlage in einem Demonstrationsmaßstab sind weitere Untersuchungen notwendig um die Fraktionierung bei Anwesenheit von Co-Polymeren näher zu untersuchen sowie um die Aufschlussbedingungen hinsichtlich des Energieeinsatzes zu optimieren. Weiterhin konnte eine energetische Nutzung von Biopolymerabfällen mittels anaerober Vergärung demonstriert werden. Bei Stärke-, Cellulose- und PHB-basierten Polymeren ist eine anaerobe Vergärung mit hohen Abbaugrad ohne eine aufwendige Vorbehandlung möglich. Unbehandeltes PLA ist dagegen anaerob nur eingeschränkt vergärbar. Allerdings konnte durch eine thermische Vorbehandlung ein fast vollständiger Abbau gezeigt werden. Dieses Verfahren erscheint insbesondere interessant für mit Biopolymeren verunreinigte organische Abfälle. Somit konnten wichtige wissenschaftlich technische Grundlagen gelegt werden für angepasste Recyclingverfahren für verschiedene Abfallfraktionen.