CIRCULAR ECONOMY

Eine Zukunft ohne Kunststoff ist undenkbar

Welt ohne Plastik: Zurück in die Vergangenheit

Was passiert, wenn Kunststoff von der Erde verschwindet? Was in der Vorstellung mancher Menschen durchaus Charme hätte, ist in der Realität eine Zukunftsvision, die unseren Alltag nachhaltig und zum Negativen verändert.

Plastikprodukte sind aussergewöhnlich haltbar, leicht formbar und extrem preiswert: Kein Wunder, dass sie sich deshalb seit ihrer Entdeckung auf einem globalen Siegeszug befinden. Rund 380 Mio. Tonnen Kunststoff produziert die Menschheit weltweit pro Jahr und sorgt damit für ein gesellschaftlich immer präsenter werdendes Müllproblem. Die Forderung, das Material sollte von unseren Planeten verschwinden, erscheint deshalb legitim. Bei der Veranstaltung des Kunststoff-Clusters nahmen Timna Reisenberger, Projektassistentin Kunststoff-Cluster, Linz, und Flo- rian Kamleitner, Projektmanager Kunststoff-Cluster, ecoplus Sankt Pölten, sowie drei Expert*innen die 93 Gäste auf eine fiktive Zeitreise mit und zeigten die Kehrseite der Medaille.

Blick in die Glaskugel

Die Welt im Jahr 2030: Lego-Land hat sich vom Vergnügungspark in eine Gedenkstätte verwandelt. Von Europa in die USA geht es für «Normalsterbliche» mit dem Schiff, Flüge mit den neuen Stratosphären-Shuttles kann sich kaum jemand leisten. Mobiltelefone liegen doppelt auf der Tasche: Teuer und schwergewichtig. Weil auch Autos sehr kostspielig geworden sind, feiert die Eisenbahn ein fulminantes Comeback. Auch auf dem Jobsektor sieht es durch das Verschwinden der Kunststoff-Hersteller düster aus. 90 Prozent der Facharbeiter mussten in eine andere Branche wechseln. Teleworking ist nicht mehr die Zukunft der Arbeitswelt sondern geriet durch das «Abrüsten» im Mobilfunkbereich hoffnungslos ins Hintertreffen. Immerhin empfinden viele Menschen den neuen Alltag in Summe als angenehm: Weniger Stress und Rückbesinnung zu bescheidenerem Leben. Auf einem OP-Tisch zu liegen, ist keine besonders angenehme Vorstellung. Neben

Blick in die Zukunft: Zurück zur Natur oder eine Welt, die in Plastik erstickt?

dem Können der Mediziner ist hier vor allem Hygiene entscheidend: Einwegplastik ist für Krankenhäuser unersetzbar: Jeder Gegenstand aus frisch geöffneten Behältern kommt aus einer sterilen Umgebung. Ohne Kunststoff werden sich Kranken-

«Was Verkehr und Kommunikation betrifft, würde der Verzicht auf Kunststoff zu einer Entschleunigung führen, was von der Gesellschaft als sehr angenehm empfunden wird.»

Timna Reisenberger hauskeime bedrohlich vermehren, Infusionen und Impfungen verteuern und Medikamente weniger lange haltbar sein. Die Folge: Erstmals seit 1871 könnte die Lebenserwartung wieder sinken. «Der Verzicht auf Kunststoff könnte in Krankenhäusern und in der medizinischen Versorgung generell fatale Folgen haben. Erstmals seit 1871 würde die Lebenserwartung wieder sinken», warnt Florian Kamleitner, Projektmanager Kunststoff-Cluster, ecoplus Sankt

Pölten. Folgenschwer ist die Situation auch im Lebensmittelbereich: Obst und Gemüse kann nur mehr saisonal angeboten werden, Fleisch gibt es nur mehr als Frischprodukt – die Preise haben sich dramatisch erhöht. Bei der folgenden Diskussion wurde eingeräumt, dass das Umweltproblem gravie-

rend und Kreislaufwirtschaft ein Gebot der

Timna Reisenberger skizzierte eine fiktive Vision einer Welt ohne Plastik und moderierte die Online-Veranstaltung.

Florian Kamleitner, Projektmanager Kunststoff-Cluster, ecoplus Sankt Pölten, diskutierte mit Expert*innen über das Thema «Welt ohne Plastik».

Stunde ist. Auch die Fertigung von Kunststoffen aus anderen Quellen wie Erdöl ist ein Thema – hier spielen allerdings die Kosten eine entscheidende Frage, wie Katharina Resch-Fauster von der Montanuni-

«Der Verzicht auf Kunststoff könnte in Krankenhäusern und in der medizinischen Versorgung generell fatale Folgen haben.»

Florian Kamleitner

versität Leoben betont. «Ein Verbot von Kunststoffen wäre eine fatale Entscheidung, deren Tragweite sich die Regierungen sehr genau überlegen müssen. Aber auch das Umweltproblem kann nicht wegdiskutiert werden», so Resch-Fauster weiter. Im Lebensmittelbereich verursachen Lebensmittelabfälle rund ein Drittel der weltweiten Treibhausgase. Hier sind vor allem die Haushalte gefragt, wenn es um eine Reduktion der Müllberge geht. In Österreich landen pro Jahr 206 000 Tonnen Lebensmittel im Mistkübel. «Die Bewusstseinsbildung in diesem Bereich ist noch schwach ausgeprägt», kritisiert Johannes Mayerhofer von der Universität für Bodenkultur Wien. Bei den Verpackungen spielen vor allem die Hygiene und die Haltbarkeit eine wichtige Rolle. Ohne Folien müsste das Sortiment drastisch reduziert werden – die Preise würden durch die Decke gehen. Alternativen wie verzehrbare Verpackungen und biobasierte Kunststoffe sind noch in den Startlöchern.

Unsere Temperier Lösungen für Sie

Innovationsbedarf in der Medizintechnik

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In der Medizin hielten Kunststoffe im Laufe der vergangenen 70 Jahre rasanten Einzug. Ob im Bereich medizintechnischer Produkte – wie einem modernen HybridOP – oder in Form von sterilen Verpackungen und Schutzausrüstungen: «Kunststoffe sind in der Medizin und Hygiene inzwischen unersetzbar», betont DGKP Thomas TT-188_render_1-2 Freundlinger, Experte für Hygiene am Kepler Universitätsklinikum. Neben zahlreichen Verbesserungen in der Erstversorgung, Untersuchung und Diagnostik, Therapie, Verkürzung der Spitalaufenthalte und einem reduzierten Infektionsrisiko,

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verweist Thomas Freundlinger auch auf den hohen Stellenwert einer geordneten Entsorgung in den Spitälern. Dies ist auch ausschlaggebend dafür, den Recyclinganteil zu erhöhen. Hinsichtlich antimikrobieller Beschichtungen, die eine Anwendung von Recyclingmaterialien im medizinischen Bereich zulassen würden, gibt es jedoch noch hohen Innovationsbedarf. Silberbeschichtungen, Nachbau von Haifischhaut und der Einsatz anderer mikrobieller Stoffe können die sterilen Verpackungen bisher nicht kompensieren. «In der Medizin sind wir auf sterile Verpackungen angewiesen und müssen in einem Bündel von Hygienemassnahmen arbeiten. Die TT-DW160_9kW_render_1-2 ‚eierlegende Wollmilchsau‘ wurde allerdings noch nicht gefunden. Momentan ist von den Materialien noch nicht wirklich das am Markt, was uns tatsächlich weiterhilft. Das Thema Recycling beschäftigt uns jedoch seit einigen Jahren», fasst Freundlinger zusammen.

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Kontakt Kunststoff-Cluster Business Upper Austria Hafenstrasse 47-51 A-4020 Linz +43-732-79810-5115 kunststoff-cluster@biz-up.at www.kunststoff-cluster.at

Schaumstoff aus organischem Abfall

Weg frei für biobasierte Flipflops

Bioplastik liegt im Trend. Für Produkte mit Schaumstoffen gibt es aber noch wenige nachhaltige Alternativen. ETH-Pioneer-Fellow Zuzana Sediva entwickelt ein Verfahren, das aus organischem Abfall dereinst elastische Schuhsohlen oder Yogamatten machen soll.

Andres Eberhard 1

Zuzana Sediva hat eine Vorliebe für Pistazien. «Es gab eine Zeit, da sammelte ich sie in Sizilien und brachte sie nach Hause, um Glace zu machen», erzählt sie. Dass diese Leidenschaft am Ursprung ihrer Dissertation stand und schliesslich zu ihrer Geschäftsidee wurde, ahnte sie da noch nicht. Doch der Reihe nach: Die ETHForscherin entwickelt ein Verfahren, mit dem BioAbfälle zu Schaumstoffen verarbeitet werden können. Solche werden in der Automobilindustrie und im Bau, aber auch für die Herstellung von Schuhsohlen, Spielzeugen, Yogamatten, Verpackungen oder Matratzen benötigt. Also überall dort, wo

Zuzana Sediva möchte aus Bioabfall Kunststoffschäume herstellen.

der elastische, federnde Effekt gewünscht wird, der Schaumstoffe ausmacht. Hohe Umweltbelastung synthetischer Stoffe gefertigt. Die daraus stoffe in Mikroteile zerfallen, dauert es Jahrzehnte bis Jahrhunderte, ganz abgeSedivas Lösung ist gleich in doppelter Hin

sicht nachhaltig: erstens handelt es sich

bei der von ihr verwendeten Biomasse um Heute werden Schaumstoffe in der Regel rem aus der Landwirtschaft. Es müssen 0_IR_Ins_1-3q_183x85_fbg_Rohstoffland.pdf 1 11.10.12 11:06 aus fossilen Ressourcen durch Zugabe dafür also keine Böden bewirtschaftet entstehenden Produkte sind eine riesige Schaumstoff viel schneller ab als solcher 0_IR_Ins_1-3q_183x85_fbg_Rohstoffland.pdf 1 11.10.12 11:06 Belastung für die Umwelt, denn bis Kunst aus Plastik. ein natürliches Abfallprodukt – unter andewerden. Zweitens baut sich organischer baut werden sie nie. Produkte aus Plastik Treibmittel aus Gas schaumstoff sind zudem sehr schwierig zu und Wasser 0_IR_Ins_1-3q_183x85_fbg_Rohstoffland.pdf 1 11.10.12 11:06 rezyklieren. Bioplastik ist im Trend. Jedes Jahr werden

1 Andres Eberhard, freier Journalist weltweit 20 bis 30 Prozent mehr davon hergestellt. Für Schaumstoff gibt es heute aber noch sehr wenige nachhaltige Alternativen. Das liegt daran, dass die chemische Herstellung gewisse Eigenschaften an das Ausgangsmaterial voraussetzt. So schäumt ein Kunststoff auf, wenn ihm ein Treibmittel zugegeben wird, meistens unter starker Hitze und grossem Druck. Organischer Abfall jedoch ist in der Regel hitzeempfindlich und kann nicht unter derart hohen Temperaturen verarbeitet werden. «Die gewünschte Elastizität von Schaumstoff mit Biomasse zu erzeugen, ist sehr schwierig», erklärt Sediva. Sedivas Lösung besteht unter anderem aus einem neuartigen Treibmittel, das im Herstellungsprozess zugegeben wird und

Rohstoffland Schweiz

InnoRecycling fördert Ressourcen

dafür sorgt, dass die Biomasse bei tieferen Temperaturen aufschäumt. Das BioTreibmittel ist – im Gegensatz zu den synthetischen Zusatzstoffen bei PlastikSchaumstoffen – komplett grün. Es basiert auf einem Gemisch von Gas und Wasser. Sediva hatte es im Rahmen ihrer Dissertation an der ETH entwickelt, letztes Jahr meldete sie zusammen mit der ETH ein Patent dafür an.

Kompatibel mit klassischen Verfahren

Damit Schaumstoffe aus organischen Abfällen eine hohe Elastizität erreichen, muss ein genaues «Rezept» eingehalten werden. Dazu gehören das speziell entwickelte Treibmittel, eine Mischung aus organischen Abfällen und ein bestimmter Herstellungsprozess. Sediva überlegt sich, ob sie in Zukunft auch dieses «Rezept» schützen lassen soll. Nun optimiert die Forscherin im Rahmen ihres Pioneer Fellowships der ETH die Methode für den Industriegebrauch. Eines weiss sie jetzt schon: die Herstellung des neuen Treibmittels ist auch in grossen Mengen kein Problem. «Wir können damit bis zu 60, vielleicht sogar 100 Liter Schaum pro Stunde herstellen», sagt sie. Den Beweis dafür will sie in den nächsten Monaten erbringen. Damit ist eines der Kriterien erfüllt, damit der neue Bioschaumstoff nicht nur im Labor, sondern auch am Markt ein Erfolg wird. Ein weiterer Vorteil von Sedivas Methode ist, dass diese mit den klassischen Herstellungsverfahren von Schaumstoffen kompatibel ist. Potenzielle Kunden brauchen also keine zusätzliche Infrastruktur.

Verpackungen – und Schuhe?

Wer zu den künftigen Kunden zählen könnte, hänge auch davon ab, mit wem sie Pilotprojekte realisieren könne, sagt Sediva. Derzeit suche sie dafür Partner aus der Industrie. «Ich sehe als Einstiegsmarkt Verpackungen.» Dort würden Schaumstoffe eingesetzt, um Produkte zu schützen – oder fürs Design. Auch die Schuhbranche könnte später ein möglicher Absatzmarkt werden. Zuzana Sediva wuchs in Tschechien auf und kam für ihr Studium der Biochemie in die Schweiz. Für Schaumstoffe begann sie sich auf natürlichem Weg zu interessieren: Das selbstgemachte PistazienGlace führte dazu. Glace ist nämlich ein essbarer Schaumstoff. Ganz generell sind Schaumstoffe nichts anderes als Materialien mit geringer Dichte, deren Zellen oder Poren mit Luft oder Gas gefüllt sind. Auch Brot oder Holz können so dazu gezählt werden. Sedivas Faible für PistazienGlace weckte also ihr wissenschaftliches Interesse, und dieses wiederum führte zur Geschäftsidee. In ihrer Dissertation konnte Sediva zeigen, dass ihr auf Gas und Wasser basierendes Treibmittel funktioniert, um Schaumstoffe herzustellen. Dafür experimentierte sie wiederum mit Glace. Geschmacksrichtung: Vanille.

Kontakt ETH Zürich Rämistrasse 101 CH8092 Zürich +41 44 632 42 44 www.ethz.ch

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Videoclip

Innovationen beim Recycling von Carbonfasern an den Markt bringen

Kohlenstoff mit mehreren Leben

Neue Antriebe in Autos erhöhen Anforderungen nicht nur an den Motor, sondern auch an dessen Gehäuse und die Karosse: Für solch anspruchsvolle Anwendungen kommen häufig Carbonfasern zum Einsatz. Wie der Antrieb der Zukunft sollten auch die Werkstoffe am Fahrzeug umweltfreundlich sein. Deshalb ist Recycling von Carbonfasern gefragt.

Carbonfasern, auch als Kohlenstofffasern oder verkürzt als Kohlefasern bekannt, bestehen fast vollständig aus reinem Kohlenstoff. Sehr energieaufwändig wird er bei 1300 Grad Celsius aus dem Kunststoff Polyacrylnitril gewonnen. Die Vorteile der Carbonfasern: Sie haben kaum Eigengewicht, sind enorm bruchfest und stabil. Solche Eigenschaften benötigt man z.B. am Batteriekasten von E-Mobilen oder in Strukturbauteilen der Karosserie. So arbeitet das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) aktuell gemeinsam mit Industriepartnern daran, statisch-mechanische Stärken der Carbonfasern mit Eigenschaften zur Schwingungsdämpfung zu verknüpfen, um die Gehäuse von E-Motoren im Auto zu verbessern. Angedacht ist in dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt die Entwicklung sogenannter Hybridvliesstoffe, die neben der Carbonfaser als Verstärkung weitere Faserstoffe enthalten. «Wir wollen die Vorteile unterschiedlicher Faserstoffe verbinden und so ein optimal auf die Anforderungen abgestimmtes Produkt entwickeln», erläutert Marcel Hofmann, STFI-Abteilungsleiter Textiler Leichtbau.

Steigender Bedarf

Damit würden die Chemnitzer Forschenden bisherige Vliesstoff-Lösungen ergänzen. Sie blicken auf eine 15-jährige Geschichte in der Arbeit mit recycelten Carbonfasern zurück. Der globale Jahresbedarf der hochwertigen Fasern hat sich im vergangenen Jahrzehnt fast vervierfacht, laut Angaben der Industrievereinigung AVK auf zuletzt rund 142 000 t. «Die steigende Nachfrage hat das Recycling immer stärker in den Fokus gerückt», betont Hofmann. Carbonfaserabfälle sind

Anlagentechnik zum Carbonfaser-Recycling im Zentrum für Textilen Leichtbau am Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI).

ihm zufolge für etwa ein Zehntel bis ein Fünftel des Preises von Primärfasern erhältlich, müssen aber noch aufbereitet werden. Dreh- und Angelpunkt für den Forschungserfolg der recycelten Fasern sind konkurrenzfähige Anwendungen. Die hat das STFI nicht nur am Auto, sondern auch im Sport-Freizeitsektor sowie in der Medizintechnik gefunden, so in Komponenten für Computertomographen. «Während Metalle oder Glasfasern als potenzielle Konkurrenzprodukte Schatten werfen, stört Carbon die Bilddarstellung nicht und kann seine Vorteile voll ausspielen», erläutert Hofmann.

Papier-Know-how nutzen

Können recycelte Carbonfasern nochmals den Produktkreislauf durchlaufen, verbessert das ihre CO²-Bilanz deutlich. Zugleich gilt: Je kürzer die Carbonfasern, desto unattraktiver sind sie für die weitere Verwertung. Vor diesem Hintergrund entwickelten das Forschungsinstitut Cetex und die Papiertechnische Stiftung (PTS), beide Mitglieder der Zuse-Gemeinschaft, im Rahmen eines Forschungsvorhabens ein neues Verfahren, das bislang wenig geeignet erscheinende Recycling-Carbonfasern ein zweites Produktleben gibt. «Während klassische Textilverfahren die ohnehin sehr spröden Recycling-Carbonfasern in Faserlängen von mind. 80 mm trocken verarbeiten, beschäftigten wir uns mit einem Verfahren aus der Papierindustrie, welches die Materialien nass verarbeitet. Am Ende des Prozesses erhielten wir, stark vereinfacht gesprochen, eine flächige Matte aus recycelten Carbonfasern und Kunststofffasern», erläutert Cetex-Projektingenieur Johannes Tietze das Verfahren, mit dem auch 40 mm kurze Carbonfasern zu attraktiven Zwischenprodukten recycelt werden können. Das danach in einem Heisspressprozess entstandene Erzeugnis dient als Grundmaterial für hochbelastbare Strukturbauteile. Zusätzlich wurden die mechani-

schen Eigenschaften der Halbzeuge durch nehmen SGL Composites in Wackersdorf die Kombination mit endlosfaserverstärk- industriell umgesetzt. Die Aufbereitung ten Tapes verbessert. Das Recyclingpro- der so genannten trockenen Abfälle, dukt soll, so die Erwartung der Forschen- hauptsächlich aus Verschnittresten, erfolgt den, glasfaserverstärkten Kunststoffen, nach einem eigenen Verfahren. «Dabei Konkurrenz machen, z.B. bei Anwendun- führen wir die geöffneten Fasern verschiegen im Schienen- und Fahrzeugbau. Die denen Prozessen zur Vliesherstellung zu», Ergebnisse fliessen nun in weiterführende sagt die zuständige Abteilungsleiterin im Forschung und Entwicklung im Kooperati- TITK, Dr. Renate Lützkendorf. Neben den onsnetzwerk Ressourcetex ein, einem geförderten Verbund von 18 Partnern aus Entwicklungen für den Einsatz z.B. im BMW i3 in Dach oder Hintersitzschale wurdie Formteilqualität die Formteilqualität Industrie und Wissenschaft. den im TITK spezielle Vliesstoffe und Verfahren für die Herstellung von Sheet MolUmsetzung in der Autoindustrie ding Compounds (SMC) etabliert, das sind duroplastische Werkstoffe, die aus Reaktionsharzen und Verstärkungsfasern besteIndustriereife Lösungen für die Verwertung hen und zum Pressen von Faser-Kunstvon Carbonfaser-Produktionsabfällen wer- stoff-Verbunden verwendet werden. den im Thüringischen Institut für Textil- Eingang fand dies z.B. in einem Bauteil für und Kunststoff-Forschung Rudolstadt die C-Säule des 7er BMW. «In seinen Pro(TITK) entwickelt. Mehrere dieser Entwicklungen wurden mit Partnern beim Unter-Energiekosten Energiekosten jekten setzt das TITK vor allem auf die Entwicklung leistungsfähigerer Prozesse und kombinierter Verfahren, um den Carbonfaser-Recyclingmaterialien auch von den Kosten her bessere Chancen in Leichtbauanwendungen einzuräumen», betont Lützkendorf. So liege der Fokus gegenwärtig auf dem Einsatz von CF-Recyclingfasern in thermoplastischen Prozessen zur Platten- und Profilextrusion. «Ziel ist es, die Kombination von Kurz- und Endlosfaserverstärkung in einem einzigen, leistungsfähigen Prozess-Schritt zu realisieren.»

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