Chemisches Upcycling schließt den Kreislauf für Hartschaumstoffabfälle
Hartschaum aus Polyurethan (PU) ist für die moderne Industrie unverzichtbar. Es ist leicht und langlebig und besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Somit eignet es sich ideal für Anwendungen wie Isolierungen in Kühlschränken und Gebäuden. Wenn PU-Schaumstoff jedoch das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, gibt es keine praktikablen Recyclingmöglichkeiten. Ein Großteil landet dann auf der Mülldeponie oder wird verbrannt. „Jährlich fallen in Europa eine Million Tonnen nicht recycelter PU-Abfälle an, was sowohl zu erheblichen CO2-Emissionen als auch zu entgangenen wirtschaftlichen Chancen führt. Die Lösung dafür ist ein innovatives Kreislaufmanagement der Wertschöpfungskette“, sagt Dorota Pawlucka, Koordinatorin des Projekts CIRCULAR FOAM(öffnet in neuem Fenster). In Zusammenarbeit mit 26 Partnern aus neun Ländern kombinierte CIRCULAR FOAM Innovationen in den Bereichen Sammlung, Sortierung und Recycling, ergänzt durch ein optimiertes Materialdesign, um ein ganzheitliches PU-Recyclingsystem für Kühlschränke und Bauisolierungsstoffe zu entwickeln.
Abfall in Rohstoffe umwandeln
PU ist ein Polymer, das durch die chemische Reaktion zweier chemischer Hauptkomponenten – Isocyanate und Polyole – entsteht. „Die einzigartigen Eigenschaften von Polyurethan sind seiner komplexen Zusammensetzung und seiner vernetzten Struktur zu verdanken. „Folglich ist es nicht schmelzbar, was ein herkömmliches mechanisches Recycling nahezu vollständig ausschließt“, erklärt Stefanie Eiden, die technische Projektleiterin beim deutschen Polymerhersteller und Projektträger Covestro(öffnet in neuem Fenster). CIRCULAR FOAM entwickelte und demonstrierte zwei sich ergänzende chemische Upcycling-Technologien, um Abfälle aus starrem PU-Schaumstoff für Kühlschränke in hochwertiges Recyclingmaterial umzuwandeln. Polymere wurden chemisch aufgespalten, um die Polyol- und Isocyanatkomponenten zurückzugewinnen. Dies wurde im Labormaßstab am Catalytic Center der Universität RWTH Aachen(öffnet in neuem Fenster) und bei Covestro demonstriert. Im Werk des Projektpartners Fraunhofer UMSICHT(öffnet in neuem Fenster) wurde die intelligente Pyrolyse für die Verarbeitung von Hartschaum angepasst, um Isocyanatkomponenten zurückzugewinnen. Am Ende des Projekts wurden über 400 kg Alt-PU-Schaumstoff verarbeitet, hauptsächlich zu 300 Litern Pyrolyseöl, das Anilin enthält, den Vorläufer für Isocyanat. Bei Sulzer Chemtech(öffnet in neuem Fenster) in der Schweiz wurde dieses Recyclingprodukt zu neuen PU-Schäumen verarbeitet. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zur Anilinproduktion auf fossiler Basis bis zu 80 % niedrigere CO2-Emissionen erzielt werden können, was ein entscheidender Fortschritt für nachhaltigeren Hartschaum ist“, bemerkt Eiden.
Innovation über den gesamten Lebenszyklus hinweg
Zudem analysierte CIRCULAR FOAM die Wertschöpfungskette von PU-Hartschaumprodukten, um potenzielle Ansatzpunkte für Maßnahmen der Kreislaufwirtschaft zu identifizieren. „Dank der Vorschriften ist die Sammlung aus Kühlschränken bereits gut etabliert, allerdings mit minderwertigem Altschaum am Ende der Nutzungsdauer. Indes verfügt die Bau- und Abbruchbranche derzeitig nicht über ein vergleichbares Sammelsystem“, sagt Elisangela Gomes Almeida, Projektleiterin beim Abfallwirtschaftsunternehmen Interzero(öffnet in neuem Fenster). Um diesem Problem zu begegnen, wurde im Rahmen des Projekts ein Recyclingmodell für Sandwichpaneele (PU-Schaum, der mit Metallblech verbunden ist) und Dämmplatten entwickelt. Es wurde ein Feinsortierverfahren vorgestellt, das Schäume unterschiedlicher Zusammensetzung identifiziert und Verunreinigungen wie Flammschutzmittel zurückgewinnt. Ein Prototyp eines Sandwichpaneels wurde mit Interessenvertretern der Bauindustrie in fünf europäischen Ländern getestet. Das Design integriert wichtige Innovationen, zum Beispiel abgeflachte Profile für einen einfacheren Transport. Als Interessengruppen sich auch für Digitale Produktpässe(öffnet in neuem Fenster) zugunsten eines besseren Lebenszyklusmanagement interessierten, integrierte das niederländische Start-up Circularise(öffnet in neuem Fenster) QR-Codes zur Rückverfolgbarkeit und Zertifizierung in die Paneele.
Vorteile für Bürger, Umwelt und Wirtschaft
Indem Wirtschaftswachstum und Innovation von der Ressourcengewinnung abgekoppelt werden, könnten die Erfolge von CIRCULAR FOAM dazu beitragen, dass die EU bis 2050 zum ersten klimaneutralen Kontinent der Welt wird. „Neben nachhaltigeren Haushaltsgeräten und energieeffizienteren Gebäuden trägt unsere Arbeit letztendlich zu einer saubereren und gesünderen Umwelt bei und bietet gleichzeitig Möglichkeiten für neue Unternehmen“, fügt Pawlucka hinzu. Das Team erweitert nun seine Technologien für das chemische Recycling und seine Sortierkapazitäten auf andere PU-basierte Abfallstromzusammensetzungen, beispielsweise durch das Folgeprojekt United Circles(öffnet in neuem Fenster).