Den Kreislauf schließen

Karlsruhe (ab) – Chemisches Recycling von Kunststoffen könnte in Zukunft immer wichtiger werden – ein Interview mit Professor Dieter Stapf vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Pyrolyseöl aus Automobil-Kunststoffen gewinnen – damit befasst sich ein aktuelles Projekt, das am KIT angesiedelt ist, in Zusammenarbeit mit Audi. Foto: Markus Breig/KIT

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Pyrolyseöl aus Automobil-Kunststoffen gewinnen – damit befasst sich ein aktuelles Projekt, das am KIT angesiedelt ist, in Zusammenarbeit mit Audi. Foto: Markus Breig/KIT

Rohstoffe sind ebenso wertvoll wie endlich. Umso wichtiger ist es, sie effektiv einzusetzen und wiederzuverwerten. Der Thinktank Industrielle Ressourcenstrategien, angesiedelt am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), hat kürzlich gemeinsam mit dem Automobilhersteller Audi ein Projekt gestartet: Ziel ist es, automobile Kunststoffe zu recyceln; dies ist bei vielen Bauteilen bisher nicht möglich. Chemisches Recycling könnte zukünftig aber auch in vielen weiteren industriellen Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen. Es gehe darum, „den Kreislauf zu schließen“, erklärt Professor Dieter Stapf (56). Er ist Leiter des Instituts für Technische Chemie am KIT und im Thinktank engagiert. BT-Redakteur Armin Broß hat mit Stapf über das aktuelle Projekt und über den Thinktank gesprochen.


BT: Herr Professor Stapf, bitte beschreiben Sie doch kurz die Ausgangslage: Was ist das Problem bei Kunststoffen, die im Automobilbau verwendet werden?
Dieter Stapf: Automobilkunststoffe sind oftmals technische Kunststoffe, also Materialien, die besondere Eigenschaften haben: Sie sind leicht, gleichzeitig stabil und haltbar, sie dürfen nicht leicht brennen, also enthalten sie Flammschutzmittel, oftmals auch Effektstoffe, um Farben zu geben. Wenn man diese Hochleistungsmaterialien wiederverwerten möchte, muss man sie chemisch recyceln, also wieder in Grundbausteine zerlegen. Das ist neu, das macht man bisher noch nicht. Andernfalls bleibt als Entsorgungsweg nur das Verbrennen. Das ist heute Stand der Dinge in hochentwickelten Ländern wie Deutschland, funktioniert aber noch nicht überall auf der Welt.

BT: Wie läuft es üblicherweise bisher ab?
Stapf: Am Ende des Lebenszyklus eines Autos werden nur die wenigsten Dinge ausgebaut. Das restliche Auto wird gepresst, zerkleinert, geschreddert – dann kann man die Metalle abtrennen und wieder recyceln, und die ganzen Kunststoffe bleiben als kleingehäckselte Mischung übrig. Diese geht typischerweise in die energetische Verwertung, wird also verbrannt.

BT: Können Sie die Grundzüge der neuen Methode, also des chemischen Recyclings, erklären?
Stapf: Chemisches Recycling ist gar nicht so neu. Denken Sie an Kunststoffflaschen oder Getränkebehälter, die gesammelt werden – die werden heute schon recycelt. Wenn sie nach mehrmaliger Nutzung kaputt sind, werden sie mit Lösemitteln aufgearbeitet, dabei gewinnt man den Kunststoff, das Polymer, zurück und macht daraus zum Beispiel wieder neue PET-Flaschen.

Im Automobil werden oft ganz andere Kunststoffarten verwendet. Viele davon kann man nicht mit Lösemitteln auflösen oder einschmelzen, sondern man kann sie nur bei hohen Temperaturen in kleine Bausteine zerlegen. Das nennt man Pyrolyse. Dabei entsteht ein Pyrolyse-Öl, das Erdöl ersetzen kann und aus dem man neue Chemikalien und neue Kunststoffe herstellen kann.

Ein anderes Verfahren besteht darin, dass man Kunststoffe auseinandersortiert und sie wiederverwendet; das wäre dann nicht chemisches, sondern mechanisches Recycling.

BT: Was ist in dem aktuellen Projekt technisch oder auch wirtschaftlich die Herausforderung bei dem Pyrolyse-Verfahren?
Stapf: Wirtschaftlich ist es eigentlich attraktiv, denn die Alternative lautet: Sie verbrennen den Kunststoff, und wenn Sie ihn in eine Verbrennungsanlage geben, kostet das viel Geld. Ganz abgesehen davon, dass es für die Umwelt nicht sehr attraktiv ist, Klimagase zu produzieren, nachdem man sich vorher so viel Mühe gemacht hat, einen Kunststoff herzustellen.

Die Herausforderung ist technischer Art. Jeder Kunststoff verhält sich beim Erhitzen anders. Manche zerfallen wieder zu Monomeren – kleine Moleküle, aus denen man die Kunststoffe (die Polymere) macht –, andere schmelzen gar nicht oder zerfallen zu größeren Bruchstücken. Manche Kunststoffe oder Inhaltsstoffe werden sogar zu Koks, den kann man nicht wiederverwenden. Wie dieser ganze technische Prozess aussehen soll, wie man ihn beherrschen soll – das muss erst entwickelt werden.

Prof. Dr.-Ing. Dieter Stapf, Leiter des Instituts für Technische Chemie (ITC) am KIT. Foto: KIT

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Prof. Dr.-Ing. Dieter Stapf, Leiter des Instituts für Technische Chemie (ITC) am KIT. Foto: KIT

BT: Wie ist Ihre Einschätzung: Wann wird man diese neue Methode in der Fläche anwenden können?
Stapf: Schwer zu sagen. Bei Automobilkunststoffen ist es neu; man wird einige Jahre brauchen, um die Technologien zu entwickeln und so zuverlässig auszugestalten, dass man sie in größerem Maßstab anwenden kann.

In anderen Bereichen ist man schon relativ weit. Bei unseren Verpackungsabfällen – siehe Gelber Sack – werden Sortierreste schon heute in ersten Anlagen pyrolisiert. Das funktioniert auch. Wir werden in den nächsten Jahren zunehmend größere Mengen sehen, die auf diese Art und Weise recycelt werden.

BT: Es ist also ein Verfahren, das im Kommen ist und immer stärker angewandt wird?
Stapf: Auf jeden Fall. Verpackungskunststoffe sind relativ einfach chemisch zu recyceln. Die Chemie-Unternehmen machen das, weil sie mehr recyceln und weniger Erdöl einsetzen wollen.

Bei technischen Kunststoffen wie im Automobilbereich oder beim Elektroschrott – in diesem Bereich werden ganz ähnliche Kunststoffarten eingesetzt – da ist das Neuland.

BT: Gibt es auch andere Bereiche, für die chemisches Recycling in Betracht käme?
Stapf: Nehmen Sie einmal Gebäude-Dämmungen – wir dämmen unsere Gebäude mit Schaumstoffen, für die es bisher keine Recycling-Möglichkeiten gibt. Diese Stoffe müssten in Zukunft auch chemische Recycling-Prozesse durchlaufen, um wiederverwertet zu werden.

Rotorblätter von Windrädern sind ebenfalls ein gutes Beispiel: Diese Leichtbaumaterialien sind hocheffizient, aber es fehlen noch die Recyclingwege dafür. Das wird nur auf chemischem Weg gehen.

BT: Was würde man denn aktuell tun, wenn eine Windkraftanlage abgebaut werden muss?
Stapf: Sie können das Rotorblatt nur in viele kleine Stücke zerlegen, schreddern und dann versuchen, es zu verbrennen. Allerdings haben Sie das Problem, das in dem Kunststoff Fasermaterialien enthalten sind – Karbonfasern, Glasfasern – und die brennen nicht. Es gibt zurzeit kaum Entsorgungswege, die werden gerade erst entwickelt.

BT: Das dürfte vielen Menschen eher unbekannt sein...
Stapf: Ja. Wir haben einerseits sehr gute Produkte, um Treibhausgase zu vermeiden und erneuerbaren Strom zu erzeugen, aber wir können die Anlagen am Ende ihres Lebensweges noch nicht recyceln. Das kommt jetzt erst als Thema auf.

BT: Was erhofft man sich langfristig durch das von Ihnen beschriebene chemische Recycling?
Stapf: Den Kreislauf zu schließen. Statt unsere Materialien aus Erdöl herzustellen, von den fossilen Rohstoffen wegzukommen. Nicht nur die sortenreinen und ganz sauberen Materialien wieder zurückzuführen, sondern auch die komplexen und technischen Materialien recyceln zu können – das ist der Sinn. Übrigens nicht nur durch Pyrolyse – es gibt auch andere chemische Recycling-Verfahren, die entwickelt werden können. Letztlich geht es um Nachhaltigkeit.

BT: Mit dem Stichwort Nachhaltigkeit haben Sie quasi den Bogen geschlagen zum „Thinktank Industrielle Ressourcenstrategien“ insgesamt. Dieser wurde vor rund drei Jahren ins Leben gerufen, im Januar 2018. Können Sie kurz die Zielsetzung formulieren und erklären, wer ihm angehört?
Stapf: Der Thinktank ist vom Land Baden-Württemberg eingerichtet worden. Finanziert wird er einerseits von der Landesregierung und andererseits von Industriepartnern, die mitarbeiten. Das Konzept: Industrie und Regierung, zusammen mit der Wissenschaft, überlegen neue Wege für Produktion und Nachhaltigkeit. Bei einem Thema wie dem chemischen Recycling geht es um eine ganzheitliche Sichtweise: Wie kann man in Zukunft Kreislaufwirtschaft möglich machen, in Verbindung mit Klimaschutz und möglichst geringem Energieverbrauch?

Neben dem Land gehören dem Thinktank Industrieunternehmen und Industrieverbände im Wesentlichen aus Baden-Württemberg an, auch Unternehmen wie Audi. Wissenschaftlicher Partner ist das KIT. Verschiedene Institute und Wissenschaftler des KIT sind eingebunden. Wir erstellen Studien unter Beteiligung der Industrie, die oftmals Daten zuliefert.

BT: Welche Projekte hat es denn bisher schon gegeben. Können Sie da ein Beispiel nennen?
Stapf: Ein Projekt befasste sich mit dem Thema Verpackungsabfälle und mechanischem Recycling. 60 bis 80 Prozent dessen, was wir in den Gelben Sack geben, wird ja am Ende verbrannt, also gar nicht recycelt – wie kann man über die Kombination von klassischem Sortieren beziehungsweise mechanischem Recycling und chemischem Recycling die Quoten erhöhen? Welche gesetzlichen Rahmenbedingungen braucht es dafür, welche Technologien müssen weiterentwickelt werden?

Viele Themen des Thinktanks betreffen die Kreislaufwirtschaft: Metallrecycling beispielsweise. Oder: Rohstoffquellen – wie lang ist deren Reichweite? Baden-Württemberg ist ja rohstoffmäßig ein armes Land.

BT: Und wo sehen Sie mögliche künftige Herausforderungen? Wenn wir von Ressourcenstrategien sprechen, sagen wir mal im Bau-Sektor?
Stapf: Hauptbaustoff ist Beton, und wichtigster Binder im Beton wiederum ist Zement. Die Zement-Herstellung ist einer der CO2-intensivsten Prozesse weltweit; gleichzeitig können Sie diesen Stoff aber nicht recyceln. Effizientes Bauen mit Beton ist daher ein wichtiges Thema, ebenso die Frage, ob man Ersatzstoffe einsetzen kann, und eben das Zementrecycling. Diese Konzepte müssen erst erarbeitet werden.

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Erstellt:
22. Januar 2021, 17:00 Uhr
Lesedauer:
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