Aus der Branche

Jedes Jahr unterstützt der Förderverein des Fraunhofer UMSICHT zwei Projekte mit einer Anschubfinanzierung. Die finanzielle Starthilfe ebnet den Weg, um vielversprechende Forschungsvorhaben zeitnah zu realisieren. Sein Engagement um den wissenschaftlichen Nachwuchs unterstreicht der Verein mit der Prämierung herausragender Bachelor- und Masterarbeiten. Die diesjährigen Auszeichnungen erfolgten im Rahmen der gestrigen Mitgliederversammlung, auf der evo-Vorstand Christian Basler als neuer Vorstandsvorsitzender des Fördervereins gewählt wurde.

Der UMSICHT-Förderverein ist ein wichtiger Partner des Oberhausener Forschungsinstituts und verfügt über ein großes Netzwerk aus Politik, Wirtschaft und Industrie. Neben der Verleihung des UMSICHT-Wissenschaftspreis ist die gezielte Nachwuchs- und Projektförderung ein zentrales Anliegen des mittlerweile über 30 Jahre bestehenden Vereins. So werden auf der jährlichen Mitgliederversammlung Menschen ausgezeichnet, die innovative Projekte bearbeiten und besondere Arbeit geleistet haben. In diesem Jahr erhielten die UMSICHT-Forschenden Laura Huwald und Tobias Rieger eine finanzielle Zuwendung von je 10 000 Euro für ihre Forschungsvorhaben. Die beiden Studentinnen Sonja Frerich und Hannah Brenner freuten sich über insgesamt 750 Euro Preisgeld für ihre herausragenden Bachelor- und Masterarbeiten.

Neuartige Brennstoffzellen
Laura Huwald, Abteilung Elektrochemische Energiespeicher, untersucht die »Entwicklung und Charakterisierung kohlenstoffbasierter poröser Transportlagen für Brennstoffzellen«. Dank der Substitution durch kohlenstoffbasierte Materialien kann das neuartige Zellkonzept mittels kostengünstiger und langzeitstabiler Komponenten realisiert werden. Ihre Arbeit bietet die Grundlage zur Initiierung eines Nachfolgeprojekts mit Industriebeteiligung, in dem ein Prototyp des neuartigen Brennstoffzellenkonzepts mit den am Fraunhofer UMSICHT entwickelten Bipolarplatten realisiert werden soll.

Innovative Recyclingverfahren für Kunststoffabfälle
Tobias Rieger überprüft im Projekt SubForceH2 das »Chemische Recycling von Kunststoffabfällen zur Substitution fossiler Rohstoffe in der chemischen Industrie und der Erzeugung von Wasserstoff«. Dadurch können z. B. CO2-Emissionen eingespart werden, da der in Kunststoffabfällen gebundene Kohlenstoff nicht durch konventionelle Müllverbrennung freigesetzt, sondern durch die Umsetzung zu chemischen Grundstoffen im Kreislauf gehalten wird. Als Nebenprodukt entsteht zudem Wasserstoff, welcher in zahlreichen industriellen Anwendung benötigt und zur Speicherung von Energie zunehmend an Bedeutung gewinnt.

Masterarbeit: Kunststoffe in Böden
Im Rahmen ihrer Masterarbeit »Entwicklung, Validierung und Anwendung einer Methode zur Untersuchung von Kunststoffemissionen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen« entwickelte Hannah Brenner eine praxisorientierte Methode, mit der Bodenproben nach ihrer Entnahme auf dem Feld aufbereitet und hinsichtlich ihres Mikroplastikgehalts analysiert werden können. Ziel ist die Einschätzung der Belastung von Feldflächen durch Kunststoffemissionen und der anschließende Vergleich mit anderen Habitaten. Dadurch soll eine schnellstmögliche Reduzierung des Mikroplastikeintrags in terrestrische Ökosysteme erreicht werden.

Herausragende Bachelorarbeit
Hauptbestandteil von Sonja Frerichs Bachelorarbeit war es, die mechanische Eignung eines neuartigen, am Fraunhofer UMSICHT entwickelten Materials für den Einsatz in Brennstoffzellen zu untersuchen. Im Fokus stand die Umformbarkeit von thermoplastbasiertem Folien-BPP (BPP: Blasextrudiertes Polypropylen), um Gasverteilungsstrukturen für Wasserstoff und Sauerstoff einprägen zu können. Die Vermessung der eingeprägten Strukturen wurde unter anwendungsnahen Bedingungen durchgeführt.

Nach  ihrer  Gründung  am  20.  September  2020  feiert  die  RCI nun in diesem Herbst ihren ersten Geburtstag. Die Bilanz des ersten Jahres ist beeindruckend: Aus 11 Gründungsmitgliedern sind in gerade einmal 12 Monaten 30 Mitgliedsunternehmen geworden. Zahlreiche Webinare, Pressemitteilungen, Hintergrundinformationen, ein Glossar und ein Comic haben das Konzept des „erneuerbaren Kohlenstoffs“ der Öffentlichkeit bekannter gemacht. Die RCI arbeitet derzeit an der Entwicklung eines Labels und betätigt sich in der Politikanalyse. Weitere Aktivitäten sollen im kommenden Jahr folgen.

Schlüssel zum Erfolg ist die Tatsache, dass das Thema erneuerbarer Kohlenstoff in Chemikalien  und  Werkstoffen  für Politik  und  Industrie  zunehmend  an  Bedeutung  gewinnt. Größere Unternehmen müssen ihre Treibhausgasemissionen und die CO2-Bilanz ihrer Produkte künftig  melden.  Die  Ursache  sind  Gesetzesänderungen  im  Rahmen  des  Europäischen Green Deals. In diesem Zusammenhang werden indirekte Emissionen und die Kohlenstoffquellen der Werkstoffe künftig eine deutlich wichtigere Rolle spielen. Die RCI bemüht sich derzeit aktiv darum,  Lösungen  für  Unternehmen  zu entwickeln,  um  den  Wechsel  vom  fossilen  zum erneuerbaren Kohlenstoff zu bewerkstelligen. Dieser kann aus bio-basierten Rohstoffen, CO2-basierten Quellen und per Recycling gewonnen werden. Künftig müssen bei der Meldung der Treibhausgasemissionen zudem auch Scope-3-Emissionen berücksichtigt werden. Dabei handelt  es  sich  um  die indirekten  Emissionen,  die  in  der  Wertschöpfungs-  und  Lieferkette entstehen. Hier sind die eingesetzten Rohstoffe für einen Großteil der CO2-Bilanz verantwortlich. Dabei kommt auch die Kohlenstoffquelle von Chemikalien und Kunststoffen als  wichtiger  Faktor  für  die  CO2-Bilanz  ins  Spiel.  Ohne  eine  Umstellung  von  fossilen  auf erneuerbare  Kohlenstoffe  (aus  Biomasse,  CO2-basiert  oder  recycelt)  können  die  Pariser Klimaschutzziele praktisch  nicht  erreicht  werden,  so  dass  eine  nachhaltige  Zukunft  in  weite Ferne rückt.

Inzwischen engagieren sich bereits 30 innovative Unternehmen in der RCI über Diskussionen und  Öffentlichkeitsarbeit an  der  Umstellung  auf  erneuerbaren  Kohlenstoff.  Dabei  werden sowohl  technische  als  auch  wirtschaftliche Perspektiven  berücksichtigt,  um  die  politischen Rahmenbedingungen entsprechend zu beeinflussen.

Im nächsten Jahr will sich die RCI darauf konzentrieren, ein umfassendes Verständnis für die zu erwartenden politischen Rahmenbedingungen in Europa und der ganzen Welt zu entwickeln. Denn diese werden die Zukunft der Chemie- und Werkstoffindustrie mehr denn je bestimmen. Auf dieser Grundlage soll dann das Konzept des erneuerbaren Kohlenstoffs systematisch in die neuen politischen Leitlinien eingebracht werden. Dies ist bislang nicht ausreichend erfolgt.  
 
Tatsächlich  konzentriert  sich  die  Politik  auf  die  Dekarbonisierung  des  Energiesektors  –  eine echte Herkulesaufgabe von enormer Tragweite. Doch deren Übertragung auf die Chemie- und Werkstoffindustrie  ist  nicht möglich,  da  Kohlenstoff  dort  als  unverzichtbarer  Grundbaustein verwendet wird. Die Kohlenstoffnachfrage dürfte sich in den beiden Branchen bis 2050 sogar noch mehr als verdoppeln. Um diese Nachfrage auf nachhaltige Weise zu decken, müssen wir also  den  Ausstieg  aus  dem  fossilen  Kohlenstoff  bewerkstelligen.  Zum  ersten  Mal  in  der Geschichte  der  Branche  ist  es  nun  möglich,  die  Chemie-  und  Werkstoffindustrie  von  der Petrochemie unabhängig  zu machen und die Nachfrage durch  Biomasse, CO2 und Recycling zu decken. Je schneller wir den Ausstieg aus dem fossilen Kohlenstoff schaffen und je eher wir gangbare  Alternativen  entwickeln,  desto  weniger  CO2  müssen wir  später  wieder  aus  der Atmosphäre extrahieren.

Es sieht aus wie ein normales Shirt, doch es hat es in sich:  Das neue SmartTex Shirt transferiert mittels integrierter Sensoren physiologische Daten von Astronautinnen und Astronauten über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk zur Erde.  Auf diese Weise sollen die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf das menschliche Herz-Kreislauf-System, vor allem in Hinblick auf langfristige bemannte Weltraum-Missionen, bewertet und dokumentiert werden. Getestet wird das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der DSI Aerospace Technology, der Medizinischen Fakultät der Universität Bielefeld sowie dem textilen Forschungspartner Hohenstein entwickelte SmartTex im Rahmen des Projekts Wireless Compose-2 (WICO2) zum ersten Mal vom deutschen ESA-Astronauten Dr. Matthias Maurer, der am 30. Oktober 2021 für sechs Monate zu seiner Mission Cosmic Kiss auf der Internationalen Raumstation ISS aufbricht.

„Schon bei den Vorgängerprojekten Spacetex (2014) und Spacetex2 (2018) konnten wir wertvolle Einblicke in das Zusammenwirken von Körper, Bekleidung und Klima unter Schwerelosigkeit gewinnen.“, erklärt Hohenstein Senior Scientific Expert Dr. Jan Beringer. Die damals durch den Einsatz des ESA-Astronauten Dr. Alexander Gerst gelieferten Erkenntnisse flossen nun unmittelbar in die Entwicklung des neuen SmartTex Shirts bei Hohenstein mit ein. „Matthias Maurer kann sein maßgeschneidertes Shirt während der (all)täglichen Arbeit auf der Internationalen Raumstation komfortabel am Körper tragen. Dafür haben wir seine Körpermaße als Grundlage für unsere Schnittentwicklung und die Herstellung des Shirts verwendet. In das Shirt haben wir die nötigen Sensoren sowie Datenverarbeitungs- und Kommunikationsmodule schnitttechnisch so integriert, dass sie so wenig wie möglich stören und unabhängig von der Tragesituation immer an der richtigen Stelle positioniert sind. Das ist die Voraussetzung dafür, dass die relevanten physiologischen Daten zuverlässig gemessen werden können.” Das SmartTex Shirt soll ein durchgängiges Bild der Vitalfunktionen von Astronautinnen und Astronauten liefern. Besonders relevant wird das für zukünftige langfristige bemannte Weltraum-Missionen zu Mond und Mars.

So wird Matthias Maurer beim Experiment BEAT (Ballistocardiography for Extraterrestrial Applications and long-Term missions) als erster Astronaut ein mit Sensoren ausgestattetes T-Shirt tragen, das seine Ballistokardiografie-Daten wie Puls und relativen Blutdruck misst. Dafür wurden die Sensoren im DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln in der Forschungsanlage :envihab kalibriert. Aus dem Datenmaterial ebenfalls ausgelesen werden können Details zur Kontraktionsrate und zu Öffnungs- und Schließzeiten der Herzklappen, die normalerweise nur über Sonographie oder Computertomographie zugänglich sind. Ziel ist es, die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf das menschliche Herz-Kreislauf-System zu untersuchen. Um diese Auswirkungen realistisch analysieren zu können, werden die ballistokardiografischen Daten von Matthias Maurer vor, während und nach seinem Aufenthalt auf der ISS erfasst. Für die Zukunft ist ein Technologietransfer des SmartTex Shirts zur Anwendung im Bereich Fitness oder auch in der Telemedizin denkbar.

Wireless Compose-2 (WICO2)
Das Projekt wurde geplant und vorbereitet vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie seinen Kooperationspartnern DSI Aerospace Technology, Hohenstein und der Universität Bielefeld. Das Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk liest Sensordaten aus und kann die Position von Menschen und Objekten im Raum durch Laufzeiten von Funkimpulsen bestimmen. Es steht zudem als Plattform für mehrere Versuche auf der ISS zur Verfügung. Dabei werden die ermittelten Daten innerhalb des Netzwerkes zwischengespeichert und in regelmäßigen Abständen von den Astronauten ausgelesen. Diese Datenpakete werden dann über die ISS-Verbindung zur Erde transferiert und von den Forschungsteams auswertet. Seine Energie kann das Kommunikationsnetzwerk durch Solarzellen aus künstlichen Lichtquellen selbst erzeugen.

• Livinguard optimiert die eigene, selbstdesinfizierende Technologie und entwickelt erste permanente, biozidfreie Technologieplattform

Die patentierte Technologie des Schweizer Hygiene-Unternehmens Livinguard zerstört kontinuierlich und nachweislich 99,9 Prozent von Krankheitserregern (Mikroben) wie Viren und Bakterien. Dazu zählen unter anderem Influenza- und Gelbfieberviren, Coronavirus SARS-CoV-2 und diverse Varianten des Corona-Virus, Tuberkulose- und E. Coli- Bakterien, Staphylokokken und Salmonellen. Die Livinguard Technologie basiert auf dem Prinzip der physikalischen Desinfektion: Oberflächen werden mit dauerhaft positiven Ladungen versehen, die negativ geladene Mikroben anziehen und deren Zellwände beschädigen, wodurch diese für den Menschen unschädlich gemacht werden.

Mit dieser Technologie ausgestattete Produkte sind über lange Zeiträume wiederverwendbar und damit um ein vielfaches nachhaltiger als Einmalprodukte. Aus diesem Grund wurde der Livinguard Pro Mask im September 2021 der renommierte Award „Sustainability Product of the Year“ verliehen.

Diese bereits erprobte und wirksame Livinguard Technologie hat das Unternehmen nun entscheidend weiterentwickelt und optimiert. Im Rahmen des Kongresses „Restart“ in Berlin im September 2021 stellte das Unternehmen die weltweit erste permanente biozidfreie Desinfektion vor. Diese neue Methode arbeitet weiter auf Basis der bestehenden, patentgeschützten Wirkprinzipien der positiv geladenen Oberflächen. Zudem wirkt die Technologie dauerhaft selbstdesinfizierend und kann über verschiedene Verfahren auf vielen verschiedenen Materialien (darunter Textilien, Kunststoffen und Papier) angewendet werden. Dank dieser permanenten Wirksamkeit der Selbstdesinfektion und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten stellt diese Neuentwicklung eine bahnbrechende Innovation im Bereich der Hygiene dar und ist zugleich ein weiterer wichtiger Schritt in Sachen Nachhaltigkeit.

Die nun erstmals vorgestellte biozidfreie Livinguard Technologie ist aufgrund ihrer auf elektrischer Ladung basierenden Funktionsweise sicher für den Menschen und stellt damit eine hervorragende umwelt- und ressourcenschonende Alternative zu herkömmlichen Desinfektionsmethoden dar. Wissenschaftliche Tests zeigen, dass die antimikrobiellen Eigenschaften an das Trägermaterial binden und so weder durch Zeitablauf oder andere Einflüsse (z.B. Waschung) an Wirksamkeit einbüßen. Da die Livinguard Technologie auf einem mechanischen Wirkprinzip basiert, ist die Bildung von Resistenzen äußerst unwahrscheinlich.
Die Wirksamkeit der zugrundeliegenden biozidfreien Technologie wurde von Dr. Torsten Koburger-Janssen (Hygiene Nord, Deutschland) begutachtet. In seiner Untersuchung konnte er nachweisen, dass die Gesamtkeimzahl auf mit Livinguard Technologie behandelten Textilien nach 48 Stunden signifikant niedriger lag als bei unbehandelten Stoffen. Auch wenn das Keimwachstum nicht völlig unterbunden wurde, so lag auch dieser Faktor deutlich niedriger als in der unbehandelten Vergleichsgruppe. Daneben wurde auch die versprochene Geruchsreduktion auf Textilien von Probanden bestätigt, ohne dass dies eine explizite Fragestellung dieser Gesamtkeimzahl-Untersuchung gewesen wäre.

Die Livinguard Technologie findet in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung, darunter im medizinischen Sektor sowie in diversen Industrien. Derzeit setzt Livinguard seine Technologie mit der biozid und der biozidfreien Formulierungsplattform bei Gesichtsmasken, Kleidung für den privaten Gebrauch und den Beruf, Hygieneprodukten, Computer-Tastaturen sowie bei Luft- und Wasserfiltern ein.

• Composites in der Bau-Industrie - Der Leichtbaustoff für die Zukunft

Der Bau mit faserverstärkten Materialen bietet öffnet der Bauindustrie völlig neue Möglichkeiten. Technisch, gestalterisch, organisatorisch. Das liegt zum einen an den hervorragenden Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen (FVW) und zum anderen daran, dass das Material – anders als etwa Holz oder Stein – für seinen Einsatz nicht be- und verarbeitet, sondern eigens hergestellt wird.

Herausragende Eigenschaften – technisch, gestalterisch, organisatorisch
Faserverbundwerkstoffe bringen eine ganze Reihe von technischen Eigenschaften für innovatives und nachhaltiges Bauen mit:
•    hohe mechanische Festigkeit
•    niedriges Gewicht
•    hohe Korrosionsbeständigkeit
•    geringe Materialermüdung
•    niedrige Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffmatrix
•    Frost- und Tausalzbeständigkeit
•    gute Drapierfähigkeit

Außerdem bieten Faserverbundwerkstoffe zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten für neuartige und außergewöhnliche Neubau- und Instandhaltungsprojekte:
•    einzigartige Vielfalt an Formen
•    unterschiedliche Strukturen der Textilien
•    großes Spektrum an Farben und Farbkombinationen
•    Lichtdurchlässigkeit der Kunststoffmatrix
Dank dieser Eigenschaften lassen sich mit Composites farbige, phosphoreszierende, thermochrome oder – durch dauerhaft in die Matrix integrierte LEDs oder lichtleitende Fasern – leuchtende Bauteile herstellen.

Hinzu kommen organisatorische Vorteile für Planungs-, Bau- und Instandhaltungsarbeiten mit faserverstärkten Werkstoffen:
•    einfachere Handhabung und Montage der – verglichen mit Stahl, Beton oder Holz – sehr viel leichteren und flexibleren Bauteile
•    geringere Montagezeiten
•    reduzierte Baustellenzeiten bei der Instandhaltung von Straßen und Brücken
•    kürzere Lieferzeiten
•    Möglichkeit zur Integration von elektronischen Überwachungssystemen

Individuelle Composite Textiles – für jedes Leichtbau-Projekt
Die Composites-Expertinnen und -Experten von vombaur entwickeln und fertigen Webbänder und nahtlos rund- oder in Form gewebte Textilien aus Carbon, Glas, Flachs oder anderen Hochleistungsfasern an speziellen Webanlagen für individuell spezifizierte Rund- und Formgewebe – und bieten deshalb für jedes Leichtbau-Projekt die optimale Faser-Grundlage.   

„Ganz gleich, ob es ein Neubau- oder ein Sanierungsprojekt ist, ob es um eine Fassadengestaltung, eine Brücke oder eine Treppe geht – als Entwicklungspartner für Composite Textiles besitzen wir jede Menge Erfahrung mit Composites für anspruchsvolle Aufgaben“, betont Dr.-Ing. Sven Schöfer, Head of Development and Innovation von vombaur. „Wir entwickeln, bemustern und fertigen Webbänder und nahtlos rund- oder in Form gewebte Textilien – gemeinsam mit den Entwicklungsteams der Kundenunternehmen und individuell für die jeweiligen Projekte.“ So entstehen neuartige und einzigartige Leichtbauteile aus Hochleistungstextilien für visionäre Projekte.

Stark steigende Baustoffpreise, immer knapper werdende Rohstoffe sowie steigende Preise für CO2-Zertifkate und Strom erhöhen den Druck, klimafreundliche und doch wettbewerbsfähige Produkte zu verwenden und innovative Produkte, Verfahren und Prozesse dafür zu entwickeln.

Für diese Herausforderungen im Bauwesen bietet der Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen neue Lösungen und ein enormes Anwendungspotential. Bisher sind diese Werkstoffe im Bauwesen noch nicht in ausreichendem Umfang etabliert und bei vielen Entscheidern noch nicht Teil der Lösung. Deshalb treibt das Fachnetzwerk CU Bau des Composites United e.V. (CU) als nationale und internationale Plattform dieses Thema für seine Mitglieder aus Industrie und Wissenschaft voran.

Hybride Bauweisen
Roy Thyroff, im Netzwerk Composites United e.V. Geschäftsführer CU Bau: „Unser Ziel ist, dass die gesamte Bauwirtschaft – Architekten, Planer, Bauingenieure, Zulassungsstellen sowie Bauunternehmen – Bauprodukte mit faserverstärkter Beton- und Polymermatrix mit entsprechenden Zulassungen einsetzen kann.“ Dabei geht es nicht nur um Bauweisen mit faserverstärkten Kunststoffen und textilbewehrtem Beton, sondern darüber hinaus auch um hybride Bauweisen, wie z.B. Hybridbauwerke aus Holz und Carbonbeton. Denn faserbasierter, hybrider Leichtbau führt die besten Eigenschaften verschiedener Materialien klimafreundlich zusammen, bietet somit gegenüber herkömmlichen Baustoffen große Vorteile für den Klimaschutz und ermöglicht völlig neue Bauweisen.

Vorteile von Faserverbundwerkstoffen
Faserverbundwerkstoffe sind sowohl im Neubau als auch in der Sanierung dank ihrer umwelt- und ressourcenschonenden Eigenschaften im Vorteil. Neben der CO2-Reduktion liegen die wesentlichen Vorteil:

• in der Geschwindigkeit der Ausführung,
• dem geringeren Materialeinsatz,
• der Kostenreduktion,
• der Leistungsfähigkeit wie hoher Druck- und Biegezugfestigkeit,
• dem einfacheren Handling
• den geringeren Transportlasten,
• der Beständigkeit gegen Korrosion,
• der Flexibilität bei unterschiedlichen Schädigungsgraden eines Sanierungsfalls und
• der deutlich verlängerten Nutzungsdauer.

Buildings are responsible for approximately 40% of all energy consumption and 36% of CO2 emissions in the EU. Improving energy efficiency in buildings therefore has a key role to play in achieving the ambitious goal of carbon neutrality by 2050 set out in the European Green Deal. A new briefing from the European Pultrusion Technology Association (EPTA) discusses how composite materials can help improve the thermal performance of the building envelope to satisfy increasingly stringent energy efficiency regulations. The EPTA report, Opportunities for pultruded composites in energy-efficient buildings, explains how pultruded profiles offer durable,  low maintenance solutions which can help reduce both operational and embodied carbon emissions from buildings in applications including energy-saving windows, thermal break connectors, and solar shading and cladding systems.   

“Economic and population growth mean energy demand is set to rise, making energy efficiency measures even more critical,“ comments Dr Elmar Witten, Secretary of EPTA. “Regulations and standards will continue to push for lower U-values for building elements, driving the increase use of materials and designs which minimise operational carbon emissions. Pultruded profiles offer an attractive combination of properties for designers of energy-efficient buildings – low thermal conductivity to minimise thermal bridging, together with excellent mechanical performance, durability, and design freedom.“  
 
It is estimated that today, roughly 75% of the EU building stock is energy inefficient, meaning that a large part of the energy used goes to waste. This energy loss can be minimised by improving existing buildings and striving for smart solutions and energy efficient materials for new builds. Areas of focus include improving glazing systems, better insulation of envelope components, and reducing unwanted solar heat gains. The low thermal conductivity of composites is being exploited in components and structures that help to minimise energy required for space conditioning. 

• Energy-saving windows and doors
• Thermal break connectors and structural assemblies
• Solar shading systems
• Rainscreen cladding and curtain wall facades
• Building a sustainable future

• Fraunhofer CCPE veröffentlicht Positionspapier und Forschungsprogramm zum Recycling von Kunststoffen

Der Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE hat ein Positionspapier zum Stand von Wissenschaft und Technik von Recyclingtechnologien für Kunststoffe vorgelegt. Der Schwerpunkt liegt auf chemischen Recyclingverfahren. Eine Marktanalyse zeigt aktuelle Industrieaktivitäten, außerdem werden die Fraunhofer-Kompetenzen im Kunststoff-Recycling im Überblick dargestellt.

Positionspapier und Forschungsprogramm zum Recycling von Kunststoffen

Rund 30 Fraunhofer Institute und Einrichtungen befassen sich mit dem Recycling und der Aufbereitung von Kunststoffen. Übersicht aktueller Initiativen zur Demonstration und Kommerzialisierung von chemischen Recyclingverfahren.

Das Positionspapier gibt einen Überblick über werk- und rohstoffliche (chemische) Aufbereitungstechnologien für Kunststoffe, die sich derzeit in der Entwicklung befinden und noch nicht zum Stand der Technik zählen. Insbesondere werden sogenannte chemische Recyclingverfahren eingeordnet. Beleuchtet werden dabei der technische Entwicklungsstand der Verfahren, deren Vor- und Nachteile, die regulatorischen und gesetzlichen Rahmenbedingungen, die ökonomische Machbarkeit sowie Potenziale für den Umwelt- und Klimaschutz. Eine Marktübersicht zeigt darüber hinaus, welche Projekte seitens der Industrie im Bereich chemischer Recyclingverfahren derzeit laufen, welche Abfallstoffe behandelt werden und welche Anlagenkapazität vorhanden bzw. geplant ist.

Prof. Matthias Franke, Leiter des Institutsteils Sulzbach-Rosenberg von Fraunhofer UMSICHT, entwickelt vor allem pyrolysebasierte Recycling­technologien. Er fasst die Ergebnisse zusammen: »Die Nachfrage nach hochwertigen Kunststoffrezyklaten nimmt derzeit zu. Hintergrund sind einerseits die Selbstverpflichtungen der Hersteller, andererseits die Vorgaben der Europäischen Union zum Rezyklateinsatz. Mit Rezyklateinsatzquoten und steigenden CO2-Preisen wird die Wettbewerbsfähigkeit von Rezyklaten gegenüber Primärware gestärkt, und die Abhängigkeit vom Rohölpreis aufgehoben. Dies schafft Investitionssicherheit für das Recycling. Neuartige Recyclingtechnologien sind nach unserer Einschätzung technisch in der Lage, die zusätzliche Nachfrage nach hochqualitativen Rezyklaten zu bedienen. Entwicklungs­bedarf gibt es vor allem noch bei komplexen Abfällen wie zum Beispiel Verbundmaterialien. Auch eine ökologische Gesamtbewertung der Verfahren steht noch aus.«

Ausgehend vom derzeitigen Entwicklungsstand schätzen die Fraunhofer Forschenden die Potenziale von alternativen Recyclingtechnologien insgesamt positiv ein, wenn Sie als Ergänzung zu etablierten werkstofflichen Verfahren eingesetzt werden. Sie seien technisch mach- und beherrschbar, sie könnten dazu beitragen, die Kreislaufführung von Kunststoffen zu verbessern und hochqualitative Sekundärrohstoffe für die Industrie bereit zu stellen. Vor allem die rohstofflichen / chemischen Verfahren könnten ein ergänzender Baustein für höherwertiges Kunststoff-Recycling sein besonders bei bisher schwer behandelbaren Abfallströmen.

Die Positionen des Fraunhofer CCPE im Einzelnen:

• Werkstoffliche Verfahren sind für sortenreine Kunststofffraktionen (Thermoplaste) die beste Wahl.
• Mit zunehmender Heterogenität, Verschmutzung oder Kontamination von Kunststoffabfällen kommt das werkstoffliche Recycling an seine Grenzen. Füll-, Stör- und Schadstoffe können in Sortier-, Wasch- und Extrusionsanlagen oft nicht vollständig ausgeschleust werden. Bestimmte Kunststoffsorten sind werkstofflich kaum verwertbar.
• Um eine Steigerung der Kreislaufführung von Kunststoffen zu erreichen, ist eine Ergänzung der werkstofflichen Verfahren durch alternative Prozesse und Prozess-Kombinationen erforderlich.
• Da chemische Recyclingverfahren ebenfalls in der Lage sind, Sekundärrohstoffe für die Kunststoffproduktion bereitzustellen, sollte die werkstoffliche Verwertungs­quote im Bereich der Verpackungskunststoffe durch eine technologieoffene Recyclingquote ersetzt werden. Dies würde technische Innovationen im mengenmäßig dominanten Recycling von Verpackungen fördern.
• Eine gesamtökologische Betrachtung von Recyclingverfahren oder Verfahrens­kombinationen für spezifische Altkunststoffe muss noch erbracht werden.
• Eine teilweise Substitution von erdölbasierten Basischemikalien durch chemische Rezyklate bspw. auf Basis von Kunststoffabfällen erscheint technologisch möglich.

Im Positionspapier stellt Fraunhofer CCPE eine Forschungsagenda vor:

1. Analyse von kunststoffhaltigen Abfällen verbessern
2. Transparenz über ökonomische und ökologische Auswirkungen durch Langzeitbetrieb herstellen
3. Dynamische Bewertungsmodelle für die Abfallbehandlung entwickeln
4. Recyclingtechnologien koppeln
5. Automatisierte, KI-basierte gestufte Recyclingverfahren erforschen
6. Rezyklate und Zwischenprodukte aus den Recyclingprozessen optimieren

Korteks, einer der weltweit größten Garnproduzenten mit Sitz in Bursa, Türkei, stellt auf einer Starlinger Recyclinganlage Polyesterfilamentgarne aus Recyclingmaterial her.

Mit dem neuen Recyclingwerk, das ein überdachtes Areal von 17.000 m² umfasst und eine monatliche Produktionskapazität von 600 Tonnen erreicht, konnte Korteks den Produktionsabfall bei der Polyestergarnerzeugung aus PES-Neuware auf null senken.

Die recoSTAR universal 165 H-VAC iV+ von Starlinger, die Teil der 10-Millionen-Dollar-Investition von Korteks in ein neues Kunststoff-Recyclingwerk ist, wurde im Mai 2021 in Betrieb genommen. Sie hat eine Produktionskapazität von 7.200 Tonnen pro Jahr und verarbeitet sauberen Produktionsabfall aus der hauseigenen Polyesterfaserproduktion zusammen mit gewaschenen Post-Consumer PET-Flaschenflakes im Verhältnis 50:50. Korteks verwendet das Polyester-Regranulat für seine neue Polyestergarn-Produktlinie, die zu 100 % aus recyceltem Material besteht und unter dem Namen “TAÇ Reborn” vermarktet wird. Mit dieser Investition hat das Unternehmen einen bedeutenden Schritt für die Errichtung einer Kreislaufwirtschaft in der türkischen Textilindustrie gesetzt.

Die Recyclinganlage von Starlinger ist die erste ihrer Art in der Türkei und mit besonderen, auf das Recyceln von Filamentgarnen ausgerichteten Komponenten ausgestattet. Ein von Starlinger entwickelter RSC (Rapid Sleeve Changer)-Kerzenfilter garantiert feinste Schmelzefiltrierung bis in den Bereich von 15 μm. Er ist speziell für die Aufbereitung von Polyester konzipiert und erzielt einen Durchsatz von 1000 kg pro Stunde. Durch den Filterwechsel bei laufender Produktion werden Maschinenstillstände vermieden und so Schmelzeverluste beträchtlich reduziert.

Der viscoSTAR SSP-Reaktor am Ende des Recyclingprozesses sorgt für eine einheitliche Anhebung des IV-Wertes nach dem First-In-First-Out-Prinzip. So wird sichergestellt, dass das produzierte Regranulat die idealen Eigenschaften für die Filamentgarnproduktion aufweist. Die technische Konfiguration der Anlage erlaubt nicht nur die Verarbeitung eines Polyesterfaser-PET-Flake-Gemisches als Eingangsmaterial, sondern auch das Aufbereiten von 100 % Polyesterfaserabfall oder 100 % PET-Flaschenflakes.

Korteks erwartet, dass der Recyclingmarkt im Allgemeinen wachsen wird, da die Akzeptanz für recycelte Produkte in der Gesellschaft zunimmt, und sieht auch einen Bedarf an Recyclinglösungen für andere synthetische und natürliche Fasern.

Das Schweizer Molkereiunternehmen Emmi kooperiert mit Borealis und Greiner Packaging und bietet einen trinkfertigen Eiscafé in Bechern aus chemisch recyceltem Polypropylen an.

Greiner Packaging produziert diese Becher und bezieht das chemisch recycelte Material von Borealis, einem der führenden Anbieter von modernen kreislauffähigen Polyolefin-Lösungen mit Sitz in Österreich.

Emmi engagiert sich als größter Milchverarbeiter der Schweiz für Klimaschutz und Kreislaufwirtschaft. Das Molkereiunternehmen verfolgt das Ziel, alle seine Verpackungen 100 % recyclingfähig zu machen. Auf dem Weg dorthin hat es sich diverse Verpflichtungen zur Förderung der Kreislaufwirtschaft auferlegt, unter anderem einen Rezyklat-Anteil von 30 % in seinen Verpackungen bis zum Jahr 2027.

Ab September 2021 wird Emmi jährlich mindestens 100 Tonnen Kunststoff aus Recyclingmaterial beziehen. Durch das chemische Recycling wird aus gebrauchtem Kunststoff wiederverwendbarer Kunststoff: Es entstehen Rezyklate, die den gleichen Reinheitswert wie fossiles PP aufweisen und dadurch für schützende, lebensmittelsichere und andere anspruchsvolle Anwendungen geeignet sind. Auf diese Weise nutzt Emmi schwer zu recycelnde Kunststoffe und vermeidet Plastikabfälle, die andernfalls für die Deponierung oder Verbrennung bestimmt wären. Zukünftig soll der Anteil von recyceltem Kunststoff je nach Verfügbarkeit der geeigneten Materialien in den Verpackungen weiter steigen.

Die Technologie zur Rückgewinnung von Polypropylen ist neu, Greiner Packaging und Borealis nehmen eine Vorreiterrolle in ihrer ständigen Weiterentwicklung ein. Derzeit sind nur begrenzte Mengen an chemisch recyceltem PP verfügbar und Emmi gehört zu den wenigen Lebensmittelherstellern, die sich durch frühzeitige Unterstützung und langjährige Zusammenarbeit mit den Entwicklungspartnern einen Anteil am recyceltem PP-Kunststoff gesichert haben.

Das chemisch recycelte Material in den Bechern ist ISCC PLUS-zertifiziert (International Sustainability & Carbon Certification) und entspricht dem Ansatz der Massenbilanz. Bei der Massenbilanz handelt es sich um eine Methode, mit der die Menge und die Nachhaltigkeitscharakteristik von zirkulären und/oder bio-basierten Materialien in der Wertschöpfungskette und in jedem Prozessschritt nachverfolgbar wird. Dadurch erhalten auch Verbraucher die entsprechende Transparenz und können darauf vertrauen, dass die gekauften Produkte aus diesem erneuerbaren Material bestehen.