Aus der Branche

• Fraunhofer, SABIC und Procter & Gamble kooperieren
• Der Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE und das Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT haben ein innovatives Recyclingverfahren für Altkunststoffe entwickelt.
• Das Pilotprojekt, an dem auch SABIC und Procter & Gamble beteiligt sind, soll zeigen, dass Einweg-Gesichtsmasken für das sogenannte Closed-Loop-Recycling geeignet sind.

Die milliardenfache Verwendung von Einweg-Gesichtsmasken zum Schutz vor dem Coronavirus birgt große Gefahren für die Umwelt, insbesondere wenn die Masken in der Öffentlichkeit, z.B. in Parks, bei Open-Air-Veranstaltungen oder an Stränden, gedankenlos weggeworfen werden. Neben der Herausforderung, eine nachhaltige Lösung für derart große Mengen unverzichtbarer Hygieneartikel zu finden, bedeutet die bloße Entsorgung der gebrauchten Masken auf Mülldeponien oder in Verbrennungsanlagen einen Verlust an wertvollem Rohstoff, mit dem sich neue Materialien herstellen ließen.

»Vor diesem Hintergrund haben wir untersucht, wie gebrauchte Gesichtsmasken wieder zurück in die Wertschöpfungskette der Maskenproduktion gelangen könnten,« so Dr. Peter Dziezok, Director R&D Open Innovation bei P&G. »Doch für eine echte Kreislauflösung, die sowohl nachhaltige als auch wirtschaftliche Kriterien erfüllt, braucht es Partner. Deshalb haben wir uns mit den Expertinnen und Experten vom Fraunhofer CCPE und Fraunhofer UMSICHT sowie den Technologie- und Innovations-Fachleuten von SABIC zusammengetan, um Lösungen zu finden.«

Im Rahmen des Pilotprojekts sammelte P&G an seinen Produktions- und Forschungsstandorten in Deutschland gebrauchte Gesichtsmasken von Mitarbeitenden und Besuchenden ein. Auch wenn diese Masken immer ordnungsgemäß entsorgt werden, fehlte es doch an Möglichkeiten, diese effizient zu recyceln. Um hierbei alternative Herangehensweisen aufzuzeigen, wurden extra dafür vorgesehene Sammelbehälter aufgestellt und die eingesammelten Altmasken an Fraunhofer zur Weiterverarbeitung in einer speziellen Forschungspyrolyseanlage geschickt.

»Einmal-Medizinprodukte wie Gesichtsmasken haben hohe Hygieneanforderungen, sowohl in Bezug auf die Entsorgung als auch hinsichtlich der Produktion. Mechanisches Recycling wäre hier keine Lösung,« erklärt Dr. Alexander Hofmann, Abteilungsleiter Kreislaufwirtschaft am Fraunhofer UMSICHT. »Unser Konzept sieht zunächst die automatische Zerkleinerung und anschließend die thermochemische Umwandlung in Pyrolyseöl vor. Unter Druck und Hitze wird der Kunststoff bei der Pyrolyse in molekulare Fragmente zerlegt, wodurch unter anderem Rückstände von Schadstoffen oder Krankheitserregern wie dem Coronavirus zerstört werden. Im Anschluss können daraus neuwertige Rohstoffe für die Kunststoffproduktion gewonnen werden, die zudem die Anforderungen an Medizinprodukte erfüllen,« ergänzt Hofmann, der auch Leiter der Forschungsabteilung Advanced Recycling am Fraunhofer CCPE ist.

Das Pyrolyseöl wurde im nächsten Schritt an SABIC weitergereicht, wo es als Ausgangsmaterial für die Herstellung von neuwertigem Polypropylen (PP) zum Einsatz kam. Das Polymer wurde nach dem allgemein anerkannten Massenbilanz-Prinzip hergestellt, bei dem das alternative Ausgangsmaterial im Produktionsprozess mit fossilen Rohstoffen kombiniert wird. Das Massenbilanz-Prinzip gilt als wichtige Brückenlösung zwischen der heutigen Linearwirtschaft und der nachhaltigeren Kreislaufwirtschaft der Zukunft.

»Das in diesem Pilotprojekt gewonnene, hochwertige zirkuläre PP-Polymer zeigt deutlich, dass Closed-Loop-Recycling durch die aktive Zusammenarbeit von Akteuren aus der gesamten Wertschöpfungskette erreicht werden kann,« betont Mark Vester, Global Circular Economy Leader bei SABIC. »Das Kreislaufmaterial ist Teil unseres TRUCIRCLE™-Portfolios, mit dem wertvolle Altkunststoffe wiederverwertet und fossile Ressourcen eingespart werden sollen.«

Mit der abschließenden Lieferung des PP-Polymers an P&G, das dort zu Faservliesstoffen verarbeitet wurde, schloss sich der Kreis. »Durch dieses Pilotprojekt konnten wir besser beurteilen, ob der Kreislaufansatz auch für Kunststoffe, die bei der Herstellung von Hygiene- und Medizinprodukten zum Einsatz kommen, geeignet wäre,« so Hansjörg Reick, Senior Director Open Innovation bei P&G. »Natürlich muss das Verfahren noch verbessert werden. Die bisherigen Ergebnisse sind jedoch durchaus vielversprechend.«

Das gesamte Kreislaufprojekt – von der Einsammlung der Gesichtsmasken bis hin zur Produktion – wurde innerhalb von sieben Monaten entwickelt und umgesetzt. Der Einsatz innovativer Recyclingverfahren bei der Verarbeitung anderer Materialien und chemischer Produkte wird am Fraunhofer CCPE weiter erforscht.

Neben den Mund-Nasen-Bedeckungen bieten Gesichtsschutzschilde einen zusätzlichen Schutz vor einer Tröpfcheninfektion mit dem COVID-19-Virus. Das Fraunhofer UMSICHT produziert diese auf Basis eines Open Source-Konstruktionsplans mittels 3D-Druck in seiner offenen Werkstatt DEZENTRALE und unterstützt so Krankenhäuser in der Region.

Freiwillige mit fundiertem technischen Wissen haben sich als Online-Bewegung weltweit zusammengeschlossen, um zusätzliche Schutzausrüstung gegen eine Ansteckung mit COVID-19-Erregern zu entwickeln und zu produzieren. Das Fraunhofer UMSICHT fertigt Gesichtsschutzschilde an und nutzt dazu die Produktionskapazitäten der 3D-Drucker in der offenen Werkstatt (»FabLab«) der DEZENTRALE in Dortmund. Basis ist der Open Source-Konstruktionsplan des so genannten »Prusa Shields« der Firma Prusa Printers. Dieses Gesichtsschutzschild besteht aus einer 3D-gedruckten Kopfhalterung mit einem dünnen, transparenten Kunststoffschild. Das Design der Halterungen wird laufend aktualisiert, und auch den Nutzerinnen und Nutzern ist es freigestellt, eigene Veränderungen vorzunehmen, um Ergonomie und Sicherheit zu optimieren.

Schutz für risikobehaftete Berufsgruppen
Die derzeitigen Mund-Nasen-Masken müssen aufgrund von Knappheit oftmals länger getragen werden, so dass ein zusätzliches Gesichtsschild ein weiteres Hindernis für Infektionserreger darstellt. Der Bedarf ist hoch – sowohl in Deutschland als auch international. »Wir hoffen, mit den Schutzschilden insbesondere das Personal zu entlasten, das konstant dem Ansteckungsrisiko ausgesetzt ist wie z. B. in Krankenhäusern«, erklärt Patrick Jaruschowitz vom Fraunhofer UMSICHT. Aktuell verfügt die DEZENTRALE über drei verschiede 3D-Druckverfahren (FDM, SLA und SLS) und insgesamt über zehn unterschiedliche 3D-Drucker. Täglich werden auf diesen 30 bis 50 Schilder produziert. Die gedruckten Gesichtsschilde werden verschiedenen Krankenhäusern sowie Pflege- und Therapieeinrichtungen zur Verfügung gestellt.

Kooperationspartner gesucht: Schutzausrüstung weiterentwickeln
Das Fraunhofer UMSICHT ist im neu gegründeten Produzentennetzwerk in der Corona-Krise der Ruhr-Universität Bochum vertreten. Organisiert wird das Kooperationsnetzwerk durch den Lehrstuhl für Produktionssysteme und dient dazu, Produzenten und Abnehmer für Gesichtsschilde schnell und unkompliziert zusammenzubringen.

Die Gesichtsschilde druckt das Fraunhofer UMSICHT derzeit kostenlos und aus eigenem Engagement, auch wenn die Kapazitäten eines Forschungsinstituts nur einen kleinen Teil des Bedarfs decken können. Die Praxis zeigt gleichzeitig, dass die heutigen Atem-Schutz-Masken, Gesichtsschilde oder weiteren Komponenten der persönlichen Schutzausrüstung nicht für jede Anwendung und jede Person optimal sind. Daher ist es notwendig, diese Systeme weiterzuentwickeln. Dafür sucht das Fraunhofer UMSICHT derzeit Kooperationen mit Unternehmen und Organisationen.