Nachhaltigkeit: Neue Ansätze für das Kunststoffrecycling

Seit Längerem setzen Autohersteller in der Produktion für Sitzbezüge oder Cockpitteile auf recyceltes PET, zum Beispiel aus Flaschen. Doch die Einsatzmöglichkeiten sind begrenzt, und sicherheitsrelevante oder hoch belastbare Bauteile müssen nach wie vor unter Einsatz der Ressource Erdöl gefertigt werden. Ein Pilotprojekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zeigt neue Möglichkeiten auf.

Autohersteller setzen auf Kunststoff-Recycling. Radkappen oder Bezüge bestehen oft aus recycelten PET-Flaschen. Foto: Shutterstock – TRMK – Dumitrusphotography. Montage: ETM/Frieser

Seit Jahren spielen hochspezialisierte Kunststoffe im Automobilbau eine wichtige Rolle. Um die Nachhaltigkeit zu verbessern, setzen die Hersteller dabei bereits in vielen Fällen auf Recycling-Materialien – zumindest für Bauteile, bei denen dies problemlos möglich ist. Im Fokus stehen dabei Getränkeflaschen aus Polyethylenterephthalat (PET). Beim Kleinwagen Adam hat Opel beispielsweise aus recyceltem PET Stoßfängerbefestigungen und Scheinwerferabdeckungen hergestellt. Im BMW i3 und i8 oder in der neuen Elektroversion des Fiat 500 sind manche Sitzbezugvarianten aus Kunststofffäden gefertigt, die aus geschredderten und eingeschmolzenen Kunststoffflaschen gewonnen werden. Auch Ford, Mazda, Volvo und andere Fahrzeughersteller nutzen bereits recyceltes PET für einzelne Teile und Dämmmaterialien im Innenraum oder an mechanisch unkritischen Stellen wie etwa für Motorabdeckungen.

Dennoch stößt der Einsatz von Recycling-Kunststoff im Fahrzeugbau schnell an Grenzen – nämlich immer dort, wo Fahrzeugbauteile höhere Anforderungen an Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Sicherheit erfüllen müssen. Denn wiederverwendete Materialien weisen fast zwangsläufig eine höhere Streuung bei den Ausgangsstoffen auf, was zu schlechteren Eigenschaften bei Qualität, Hitzebeständigkeit und Reißfestigkeit führen kann. Karosserieteile, Airbag-Abdeckungen und andere hoch beanspruchte oder sicherheitsrelevante Werkstücke werden deshalb nach wie vor auf Erdölbasis hergestellt.

Dabei ergibt sich beim Recycling eine weitere Herausforderung: Kunststoffrecycling setzt möglichst sortenreine Ausgangsmaterialien voraus – ein Grund, warum die Hersteller gern PET-Getränkeflaschen nutzen. Wird hingegen ein Auto am Ende seiner Lebensdauer zerlegt, fallen gemischte Kunststoffabfälle an, die für etablierte mechanisch-thermischen Recyclingmethoden kaum nutzbar sind.

Pilotprojekt für chemisches Recycling

Hier setzt ein im Herbst 2020 gestartetes Pilotprojekt an, bei dem der Thinktank Industrielle Ressourcenstrategien am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit Audi zusammenarbeitet: Das Projekt setzt auf chemisches Recycling, um Kunststoffmischungen zurück in einen ressourcenschonenden Kreislauf zu führen.

„Automobile Kunststoffe zu recyceln, ist bisher für viele Bauteile nicht möglich, deshalb leisten wir hier mit Audi Pionierarbeit“, sagt Professor Dieter Stapf, Leiter des Instituts für Technische Chemie am KIT. „Wenn wir die Kreisläufe schließen wollen, dann müssen wir hierfür geeignete Verfahren entwickeln.“ Durch das chemische Recycling werde es möglich, gemischte Kunststoffabfälle wieder in Produkte in Neuwarenqualität umzuwandeln und damit einen wesentlichen Baustein für ein umfassendes Kunststoffrecycling zu bilden. „So geschlossene Materialkreisläufe sparen wertvolle Ressourcen, weil weniger Primärmaterial benötigt wird. Dies wiederum spart Energie und Kosten – und ist gut für die Umwelt“, betont Dr. Rebekka Volk vom Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion des KIT.

Beim chemischen Recycling werden nicht mehr benötigte Kunststoff-Bauteile wie Kraftstofftanks, Radzierblenden oder Kühlerschutzfilter durch ein Pyrolyseverfahren, also thermo-chemische Umwandlungsprozesse zu sogenanntem Pyrolyseöl verarbeitet. Dieses Öl dient dann wiederum als Ausgangsmaterial für die Herstellung neuer Kunststoffe und somit als Ersatz für Erdöl.

Mit Pyrolyseöl aus gemischten Abfällen wollen die Partner KIT und Audi das Recycling von technischen Kunststoffen im Automobilbau möglich machen. (Foto: Markus Breig, KIT)

Das Verfahren kann auch im Altfahrzeugrecycling eine Rolle spielen

Als einer der ersten Autohersteller testet Audi diese Recyclingmethode in einem Pilotprojekt. Dabei wollen der Thinktank am KIT und Audi als Partner die technische Machbarkeit des chemischen Recyclings testen und das Verfahren auf Wirtschaftlichkeit und Umweltauswirkungen bewerten. „Wenn Kunststoffbauteile ohne Qualitätsverlust anstatt aus Erdöl aus Pyrolyseöl hergestellt werden können, wäre es möglich, den Anteil an nachhaltig hergestellten Teilen im Auto signifikant zu erhöhen. Auf lange Sicht kann dieses Verfahren auch im Altfahrzeugrecycling eine Rolle spielen“, ist Marco Philippi, Leiter Beschaffungsstrategie bei Audi, überzeugt.

„Diese Ansätze klingen vielversprechend“, meint auch Karsten Zech, Leiter des DEKRA Labors für Werkstofftechnik und Schadensanalytik in Saarbrücken. In diesem Werkstofflabor führt DEKRA mechanisch-technologische Prüfungen und Analysen unterschiedlichster Werkstoffe durch – neben Metallen und Kompositmaterialien auch Kunststoffe. Für viele Branchen vom Sanitär- und Heizungsbau über Sportgeräte bis hin zum Automobilbau führen Karsten Zech und seine Mitarbeiter zum Beispiel Prüfungen auf Reiß- und Belastungsfestigkeit durch und lassen die untersuchten Materialien in einer UV-Kammer künstlich altern. Typisch sind dabei etwa auch Dichtigkeitsprüfungen für Schläuche und Anschlussstücke im Automobilbau. „Im Zentrum unserer Untersuchungen steht dabei häufig, wie sich Werkstoffe über die Zeit oder unter bestimmten Belastungen verändern, was dann gegebenenfalls zu Ausfällen führt.“ Solchen Alterungs- und Belastungstests werden sich dann auch die neuen Materialien aus chemischem Recycling stellen müssen. „Bislang hatten wir noch keinen solchen Werkstoff in unserem Labor“, berichtet Karten Zech. „Ich bin aber schon sehr gespannt darauf, wenn ein entsprechendes Werkstück zum ersten Mal den Weg zu uns findet.“