2024 Kreislaufwirtschaft - BWT1 Termin 13 PDF

Vorlesung Kunststoffe und Umwelt, Kreislaufwirtschaft, Recycling Dr.-Ing. Lutwin Spix Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! 1 Kunststoffe und Umwelt Anregung zur Diskussion Dr. Lutwin Spix 2...

Vorlesung Kunststoffe und Umwelt, Kreislaufwirtschaft, Recycling Dr.-Ing. Lutwin Spix Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! 1 Kunststoffe und Umwelt Anregung zur Diskussion Dr. Lutwin Spix 2 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! kunststoffland NRW Imagefilm - YouTube Kunststoffe und Umwelt Gliederung Zahlen Kreislaufwirtschaft Recycling Prozesse Staatliche Regulierung Bio Kunststoffe Dr. Lutwin Spix 3 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Kunststoffproduktion Welt Dr. Lutwin Spix Quelle: Plastics the Facts 2024; Plastics 4 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Europe (nicht Urquelle!) Kunststoffe und Umwelt Kunststoffproduktion Europa Dr. Lutwin Spix Quelle: Plastics the Facts 2024; Plastics 5 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Europe (nicht Urquelle!) Wirtschaftliche Bedeutung Anwendungen, Kunststoffe, Mengen Quelle: PlasticEurope Facts 2020 Market Research Group (PEMRG) and Conversio Market & Strategy GmbH Dr. Lutwin Spix 6 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 7 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Recycling von Kunststoffen in D nach Verwertungsart und Herkunft Dr. Lutwin Spix Quelle: Kurzfassung der Conversio Studie 8 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! „Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2023 Zahlen und Fakten zum Lebensweg von Kunststoffen“ Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix Quelle: Kurzfassung der Conversio Studie 9 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! „Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2023 Zahlen und Fakten zum Lebensweg von Kunststoffen“ Kunststoffe und Umwelt Hinweis zur Bilanzhülle bei Statistiken! Folie zu Stoffströmen: Import und Export ist nicht quantifiziert! Damit ist die Bilanz nicht vollständig und lässt sich nicht nachrechnen. Folie hier: 100% sind alle „Verbräuche“ und enthält nicht das CO2 für z.B. Bau, Stahlproduktion etc…. Dr. Lutwin Spix 10 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL!  Kreislaufwirtschaft Dr. Lutwin Spix 11 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 12 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Kreislaufwirtschaft (vereinfachte Darstellung) lineare Wirtschaft: „alt“ Verarbeitung Werkstoff Verwendung Entsorgung zum Produkt Kreislaufwirtschaft: „neu“ Werkstoff Verarbeitung aufbereiten zum Produkt sammeln und verwenden sortieren Dr. Lutwin Spix 13 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Circular Economy, European Comunity Dr. Lutwin Spix Quelle: European Parliament, Circular 14 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Economy 2022 Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 15 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Die 9R der Kreislaufwirtschaft Quelle: Prosperkolleg nach Potting et al. 2017, in: Kirchher et al. 2017 Dr. Lutwin Spix 16 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Nachhaltig oder Marketing? Dr. Lutwin Spix 17 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Thesen zur Kreislaufwirtschaft Jede PET-Flasche, die nach der Nutzung zu einem Rucksack verarbeitet wird, fehlt im „Bottle to Bottle“ Werkstoffkreislauf! „Second use“ (s. Beispiel „Rucksack“) ist nicht automatisch nachhaltig und nicht automatisch umweltschonend (z.B. CO2 neutral). Jede Maßnahme hat Wirkungen und Nebenwirkungen. Beispiele: o Unternehmen X kauft für eigene Marketingzwecke sehr viel Recyclingmaterial auf, was für etablierte Anwendungen nicht mehr zur Verfügung steht. Die „Ocean Plastics Initiative“ löst das Umweltproblem nicht nachhaltig (durch Recycling, Transport, Wiederverarbeitung etc. wird oft mehr Energie verbraucht als eingespart.)! Kunststoff hat in den Meeren nichts zu suchen! Hier gilt: Ursachen beheben! o Flächendeckende Sammelsysteme einführen, Mülltrennung einführen o (Aber damit können hippe Startups in Europa kein Geld verdienen!) Dr. Lutwin Spix 18 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Definitionen Recycling Arten Werkstoffliches Recycling Wiederverarbeitung von Kunststoffabfällen, ohne dass die molekulare Struktur des Werkstoffs wesentlich verändert wird. Meist Umschmelzen der Kunststoffe (→Thermoplaste!) Rezyklate: Rohstoff, welcher als Produkt der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen entsteht → recycelter Kunststoff Mischung der Rezyklate mit Neuware möglich. Chemisches Recycling Depolymerisation von Polymeren mittels chemischer oder thermochemischer Prozesse, wobei die Makromoleküle in Monomere oder andere chemische Grundbausteine zerlegt werden und als Rohstoffquelle für chemische Prozesse genutzt wird. Solvolytische Verfahren (keine Beschränkung auf Thermolaste, daher gibt es viele Projekte für z.B. PUR/Schaumstoffe) o Alkoholyse (z.B. Methanolyse, Glykolyse) für PET, PUR o Hydrolyse für PET, PA 6, POM, PUR, PMMA Dr. Lutwin Spix 19 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Definitionen Rezyklat: Endprodukt aus dem werkstofflichen Verarbeitungsprozess; umfasst die Rohstoffe: Mahlgut, Regranulat und Regenerat. Rezyklat ist eine Formmasse bzw. ein Kunststoff mit definierten Eigenschaften. Mahlgut wird durch Mahlen von Kunststoff gewonnen. Mahlgut hat unterschiedliche und unregelmäßige Teilchengrößen von 2 mm bis 5 mm und kann Staubanteile enthalten. Durch Agglomerieren (z.B. durch kurze Wärmeeinwirkung) können handhabbare Partikel erzeugt werden. Regranulat wird aus Mahlgut über einen Schmelzprozess als Granulat gewonnen. Regranulat hat gleichmäßige Korngröße und keinen Staubanteil und ist problemlos verarbeitbar. Direktverarbeitung: Mahlgut wird direkt dem Fertigungsprozess zugeführt. Regenerat wird über einen Schmelzprozess (compoundieren) unter Zugabe von Zusätzen (Additiven) zur Eigenschaftsverbesserung gewonnen. Regenerat hat gleichmäßige Korngröße und keinen Staubanteil und ggf. definierte Eigenschaftswerte. Dr. Lutwin Spix Quelle: Kunststoffe, Hanser Verlag; Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Begriffsdefinitionen für das 20 werkstoffliche Recycling Kunststoffe und Umwelt Definition PCR und PIR PCR = Post Consumer Recycling ist Material, was nach der Nutzung durch einen Verbraucher anfällt und in einen Produktionsprozess zurückgeführt wird. PC kann nach den gesetzlichen Regelungen nur Material sein, was einmal deklarierter Abfall war (und als solches das Unternehmen verlassen hat). In den durch die EU vorgeschriebenen Recyclingquoten wird nur PCR angerechnet! Der Nachweis über die verwendeten Recyclingquoten wird von den Materialieferanten geführt. Analytisch lässt ich eine Recyclingquote fast nicht nachweisen. Es besteht hohes Risiko für Manipulationen. PIR = Post Industrial Recycling sind Reste aus einer Produktion, die dem Prozess innerbetrieblich wieder zugeführt werden (z.B. Angüsse, Randbeschnitte, Stanzreste) PIR darf nicht in den Recyclingquoten berücksichtigt werden. Dr. Lutwin Spix 21 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt PIR/PCR nach EU-Gesetzgebung Dr. Lutwin Spix 22 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Recycling von Kunststoffen in D nach Verwertungsart und Herkunft Dr. Lutwin Spix Quelle: Kurzfassung der Conversio Studie 23 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! „Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2023 Zahlen und Fakten zum Lebensweg von Kunststoffen“  Recycling Prozesse Dr. Lutwin Spix 24 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Definitionen Recycling Arten Dr. Lutwin Spix 25 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 26 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Prozess und Kosten des Recyclings Dr. Lutwin Spix 27 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Vergleich Granulat Preise „Virgin“ vs. „Rezyklat“ Dr. Lutwin Spix 28 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 29 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL!  Kunststoffe und Umwelt Alterung von Werkstoffen Waste of Electrical and Electronic Equipment Dr. Lutwin Spix Quelle: Miele, Vortrag „Jahrestagung 30 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! der Kunststoff in OWL“ Sept. 2024 Kunststoffe und Umwelt CO2 Reduzierung durch Verwendung von alternativen Werkstoffen Dr. Lutwin Spix 31 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Herausforderungen des Recyclings Rückführungssysteme sind nicht etabliert Stichworte: Verbraucherakzeptanz, organisatorisch, Abbildung in den Produktkosten, Umweltbelastung durch Sammlung und Transport Verunreinigung und Vermischung Stichworte: Sammlung und Trennung, Bedruckung, Kontakt mit Medien Umweltbelastung durch die Aufbereitung Stichworte: Energie, Wasser, Transport für Reinigung und Trennung Verbundkunststoffe Stichworte: Mehrlagenfolien, Deckel und Behälter aus unterschiedlichen Werkstoffen Eigenschaftsveränderung durch Umwelt und Verarbeitung lassen sich nicht rückgängig machen Stichworte: UV, Alterung, Kontakt mit Medien (Öl, Fruchtsaft,…) Dr. Lutwin Spix 32 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL!  Regulierung Dr. Lutwin Spix 33 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Ziele für nachhaltige Entwicklung Dr. Lutwin Spix 34 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt European Green Deal (Ausschnitt) Dr. Lutwin Spix 35 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 36 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Berichtspflichten für Unternehmen Dr. Lutwin Spix 37 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Berichtspflichten für Unternehmen: Taxonomie Zielorganisationen für den Taxonomie Bericht sind Banken und Investoren. Unternehmen müssen zu Ihrem Geschäftsmodell offenlegen/einstufen, welchen Beitrag zu den Umweltzielen sie leisten bzw. ob Sie sich innerhalb der gesetzlichen Vorschriften bewegen. Dr. Lutwin Spix 38 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 39 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Dr. Lutwin Spix 40 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Ziele der Lebensmittelhandelsunternehmen Dr. Lutwin Spix 41 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL!  Bio Kunststoffe Dr. Lutwin Spix 42 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Was kann man tun, um Verpackungsfolien umweltschonender herzustellen? Verpackungsfolien weniger Einsparungen bei nachhaltige der Herstellung Folienaufbau …. Verbrauch Materialien und Verarbeitung „Bio-Kunststoffe“ Ausschuss- Mehrschichtfolien aus dünnere Folien rückführung und mit Recycling- regenerierbaren -reduzierung schichten Quellen weniger Kunststoffe aus höhere Wärme- unterschiedliche Packungsdichte rückgewinnung E-Polymeren Materialien ungefärbt und Up-Cycling durch Mehrwegsysteme Isolierung unbedruckt „Polyreaktoren“ …. …. … … Dr. Lutwin Spix 43 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Bio Kunststoffe Dr. Lutwin Spix 44 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Quelle: Wikipedia Kunststoffe und Umwelt Beispiele bioabbaubare Folie (z.B. PLA) PLA= Polylactid Acid hergestellt aus z.B. Maisstärke Dr. Lutwin Spix 113/185 45 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Technische Daten PLA Dichte: ρ = 1,21 − 1,43 gൗcm3 Aufbau Teilkristallin (Thermoplast) Glasübergangstemperatur: TG = 60 °C Schmelztemperatur: TS = 180 °C Zug E-Modul: E = 3500 MPa Streckspannung σ = 73 MPa Streckdehnung ε = 3,5 % Schlagzähfähigkeit W = 1,35 JΤcm (nach Charpy) mq Wasseraufnahme WB2 = − 1 ∙ 100% ≈ 40% me Dr. Lutwin Spix 46 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Vergleich PLA mit PP Preis PP PLA [€/kg] 1 Beständigkeit gg. Dichte Benzin 2,5 [g/cm³] 5 Wärmeform-beständigkeit 10 50 100 200 100 20 Zugfestigkeit HDT 50 [MPa] bei 0,45 Mpa [°C] 250 Kerbschlagzähigkeit E-Modul nach Charpy [kJ/m²] [MPa] 500 Bruchdehnung [%] Dr. Lutwin Spix 47 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL! Kunststoffe und Umwelt Abbau von Kunststoffen Dr. Lutwin Spix 48 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL!  Ende Vorlesung Dr. Lutwin Spix 49 Nur zu Lehrzwecken an der TH-OWL!