Ein zukunftsweisender Schritt
Die Partnerschaft LaNDER³ verfolgt das Ziel, die Material- und Technologieentwicklung rund um naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) voranzutreiben und entscheidend mitzubestimmen. Daher hat sich LaNDER³ in den letzten Jahren ein großes Forschungsnetzwerk aufgebaut. Durch dessen Hilfe soll es möglich sein, NFK als Stoffe in einer geschlossenen Wertschöpfungskette zu betrachten. Dabei ist auch das Trennen und Recyclen der Naturfaserverbundwerkstoffe, welche das Ende ihres Lebenszyklus erreicht haben, enorm wichtig.
Die Verwendung biologisch abbaubarer und auf nachwachsenden Rohstoffen basierender Biopolymere eignet sich nicht nur hervorragend für die Herstellung von NFK und Consumables, sondern geht auch mit einem enormen CO2-Einsparpotential in der Produktion sowie einer möglichen Gewichtsreduktion der hergestellten Güter einher. Daher drängen immer mehr Hersteller von Produkten aus diesen Materialien auf den Markt. Darüber hinaus besteht in der Gesellschaft weiterhin ein mangelndes Bewusstsein für die richtige Entsorgung und Mülltrennung dieser Materialien.
Ein gelungenes Recycling kann jedoch nur erfolgen, wenn Stoffe vorab richtig sortiert wurden.
Das Impulsprojekt 7 „Recycling von NFK-Materialien“, welches innerhalb der Partnerschaft LaNDER³ entstanden ist, untersucht deshalb mögliche Recyclingtechnologien für NFK. Der Sortierprozess von Altprodukten soll in Zukunft über automatisierte Sortieranlagen und deren Technologien erfolgen. Diese Technologien haben die Aufgabe, NFK bzw. Consumables auf Naturfaserbasis aus einem gemischten Abfallstrom auszusortieren und im Anschluss stofflich oder energetisch zu verwerten. Dabei kann sortiertes NFK neben der Verbrennung z. B. als Recyclingkunststoff für den Spritzguss oder als Füllstoff in neuen Produkten eingesetzt werden.
Um die Sortierbarkeit von NFK zu untersuchen, müssen diese zunächst zerkleinert werden. Hier konnte das Team des Impulsprojekts 7 herausfinden, dass die Zerkleinerung am besten funktioniert, wenn sowohl NFK als auch die Schneidmühle zuvor mit flüssigem Stickstoff auf hohe Minustemperaturen herunter gekühlt werden. Durch die Kühlung wird das NFK spröde und lässt sich dann besser Schneiden. Nun gilt es für die Forschenden, diese Zerkleinerungstechnologien noch zu optimieren. Zum Beispiel durch die Bestimmung der optimalen Minustemperatur und des am besten geeigneten Schneidwerkzeugs.
Da naturfaserbasierte Materialien gemeinsam mit anderen Stoffen in einem gemischten Abfallstrom vorkommen, müssen die Sortieranlagen in der Lage sein, diese Materialen zu identifizieren und voneinander zu trennen. Für die Untersuchung und Optimierung der Sortierbarkeit des vorher zerkleinerten NFK aus einem echten Abfallstrom, macht sich das Forschungsteam die unterschiedliche Lichtreflektion verschiedener Materialien zunutze. So reflektiert beispielsweise NFK Licht anders als andere Kunststoffe oder Karton. Die in der Forschung bei LaNDER³ und auch teilweise bereits in der Praxis eingesetzten Sortieranlagen verfügen über optische Sensoren um diese Reflektion zu messen und sind dann in der Lage, die Materialien entsprechend zu identifizieren und voneinander zu trennen. Für die optimale Mülltrennung neuer Materialien müssen Maschinen auf die Lichtreflexion der Materialien der Zukunft trainiert werden. Ab März 2024 planen die Forschenden zusammen mit studentischer Unterstützung sogar eine Untersuchung zur optischen Sortierung von schwarz gefärbten Kunststoffen. Die Sortierung dieser stellt aufgrund der sehr geringen Lichtreflektion schwarzer Farbe bisher eine große Herausforderung dar.
Im Bereich des Recyclings arbeitet LaNDER³ sehr eng mit dem Praxispartner Steinert Unisort GmbH zusammen und diese Kooperation trägt Früchte: In den vergangenen zwei Jahren wurde eine Sortieranlage entwickelt, welche auch in der Praxis bald zum Einsatz kommen wird. Bei der Testfahrt dieser Sortieranlage galt es herauszufinden, wie sich neue Materialien auf Naturfaserbasis in einer komplexen Recyclinganlage hinsichtlich ihrer Sortierbarkeit verhalten. Es wurde untersucht, in weit diese Stoffe von der Anlage erkennbar sind. Dafür wurden neben bereits auf dem Markt vorhandener Materialien auch Materialien, die durch die Forschung anderer LaNDER³-Teilprojekte entstanden sind, auf ihre Sortierbarkeit untersucht. Zu den Materialien von LaNDER³ gehörten Einwegmaterialien aus dem Teilprojekt Consumables und mit Naturfasern verstärkte Kunststoffe, wie Türverkleidungen aus dem Teilprojekt IP5.
Die Sortieranlage identifiziert Materialien anhand ihres strukturellen Aufbaus und konnte im Ergebnis des Tests alle untersuchten Consumables und die im Teilprojekt Consumables neu erstellten pflanzlichen Materialien zu 95 % in die richtige Fraktion sortieren. Damit wurde ein riesiger Fortschritt beim Recycling von NFK gemacht. Nun steht LaNDER³ gemeinsam mit der Steinert Unisort GmbH vor der Aufgabe, diesen Sortierprozess zu optimieren. Anett Kupka, Forschende im Impulsprojekt 7 Recycling von NFK-Materialien, gibt dazu den Ansatz, in der Herstellung mehr auf die Beschaffenheit der Oberfläche zu achten. Dann könnte es möglich sein, statt 95 % sogar 98 % der Materialien in die richtige Fraktion zu sortieren. Forschen heißt Experimentieren, Analysieren, Erkennen und daraus zu Lernen. Es ist davon auszugehen, dass das Recycling von Stoffen auch in Zukunft einen hohen Stellenwert für die Forschung bei LaNDER³ haben wird.
