Wie man Kunststoffe recycelt

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Plastikrecycling

Kunststoffe – Was sind sie und wie verhalten sie sich?

Kunststoffe sind organische polymere Materialien, die aus riesigen organischen Molekülen bestehen. Kunststoffe können durch verschiedene Verfahren wie Extrusion, Spritzgießen, Gießen oder Spinnen in Formen gebracht werden. Moderne Kunststoffe (oder Polymere) besitzen eine Reihe äußerst wünschenswerter Eigenschaften: ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, hervorragende thermische Eigenschaften, elektrische Isolierung, Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und Lösungsmittel – um nur einige zu nennen.

Diese Polymere bestehen aus einer Reihe sich wiederholender Einheiten, sogenannten Monomeren. Die Struktur und der Polymerisationsgrad eines bestimmten Polymers bestimmen seine Eigenschaften. Lineare Polymere (eine einzelne lineare Kette von Monomeren) und verzweigte Polymere (linear mit Seitenketten) sind thermoplastisch, d. h. sie erweichen bei Erwärmung. Vernetzte Polymere (zwei oder mehr Ketten, die durch Seitenketten verbunden sind) sind duroplastisch, d. h. sie härten bei Erwärmung aus.

Abbildung 1: Polymerstrukturen

Thermoplaste machen 80 % der heute produzierten Kunststoffe aus. Beispiele für Thermoplaste sind:

• Polyethylen hoher Dichte (HDPE) – verwendet für Rohrleitungen, Autotanks, Flaschen, Spielzeug,
• Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) – verwendet für Plastiktüten, Frischhaltefolie, flexible Behälter,
• Polyethylenterephthalat (PET) – verwendet für Flaschen, Teppiche und Lebensmittelverpackungen,
• Polypropylen (PP) – verwendet für Lebensmittelbehälter, Batteriegehäuse, Flaschenkisten, Autoteile und Fasern,
• Polystyrol (PS) – verwendet für Milchproduktverpackungen, Tonbandkassetten, Becher und Teller,
• Polyvinylchlorid (PVC) – verwendet für Fensterrahmen, Bodenbeläge, Flaschen, Verpackungsfolien, Kabelisolierungen, Kreditkarten und medizinische Produkte.

Es gibt Hunderte von thermoplastischen Polymeren, und regelmäßig werden neue Varianten entwickelt. In Entwicklungsländern ist die Anzahl der gebräuchlichen Kunststoffe jedoch meist deutlich geringer.

Duroplaste machen die restlichen 20 % der produzierten Kunststoffe aus. Sie werden durch Aushärten fest und können nicht wieder geschmolzen oder umgeformt werden und sind daher schwer zu recyceln. Sie werden manchmal zerkleinert und als Füllmaterial verwendet. Dazu gehören: Polyurethan (PU) – Beschichtungen, Lacke, Zahnräder, Membranen, Polster, Matratzen und Autositze; Epoxidharze – Klebstoffe, Sportgeräte, Elektro- und Autoteile; Phenoplaste – Öfen, Besteckgriffe, Autoteile und Leiterplatten (The World Resource Foundation).

Heutzutage stammen die Rohstoffe für Kunststoffe hauptsächlich aus Petrochemie, obwohl Kunststoffe ursprünglich aus Zellulose, dem Grundbaustoff allen pflanzlichen Lebens, hergestellt wurden.

Warum Kunststoffe recyceln?

In „westlichen“ Ländern ist der Kunststoffverbrauch in den letzten zwei bis drei Jahrzehnten enorm gestiegen. In den Konsumgesellschaften Europas und Amerikas werden knappe Erdölressourcen für die Herstellung einer riesigen Vielfalt an Kunststoffen für noch mehr Produkte verwendet. Viele Anwendungen betreffen Produkte mit einer Lebensdauer von weniger als einem Jahr, die dann größtenteils weggeworfen werden. In den meisten Fällen ist die Rückgewinnung dieses Kunststoffabfalls wirtschaftlich nicht lohnend.

In der Industrie (z. B. in der Automobilindustrie) gibt es einen wachsenden Trend zur Wiederverwendung und Wiederaufbereitung von Kunststoffen – aus wirtschaftlichen wie auch aus ökologischen Gründen. Viele vorbildliche Unternehmen entwickeln Technologien und Strategien zum Recycling von Kunststoffen.

Kunststoff wird nicht nur aus einer nicht erneuerbaren Ressource hergestellt, er ist in der Regel auch nicht biologisch abbaubar (bzw. der Abbauprozess ist sehr langsam). Deshalb ist Plastikmüll oft die am meisten störende Form von Müll. Er bleibt wochen- oder monatelang sichtbar und lagert jahrelang auf Deponien, ohne sich zu zersetzen.

Plastikmüll verursacht weitere ernste gesundheitliche und ökologische Probleme:

• Er bietet Brutstätten für Mücken, die Denguefieber und Malaria übertragen.
• Wird von Rindern und Wildtieren gefressen und gefährdet deren Leben.
• Verhindert dort, wo er liegt, das Wachstum von Vegetation.
• Wird durch Regen in die Kanalisation gespült und verstopft Abflüsse und Rohre, was zu Überschwemmungen führt.
• Gelangt über Flüsse ins Meer, wo ihn Vögel und Fische fressen oder er in Tausende kleine Stücke zerrissen wird und langsam Chemikalien ins Wasser abgibt.

Kunststoff-Fakten Es werden mehr als 20.000 Plastikflaschen benötigt, um 1 Tonne Kunststoff zu erhalten. Jährlich werden schätzungsweise 100 Millionen Tonnen Kunststoff produziert. Der durchschnittliche Europäer wirft 36 kg Kunststoff pro Jahr weg. 4 % des Ölverbrauchs in Europa werden für die Herstellung von Kunststoffprodukten verwendet. Einige Müllsäcke bestehen zu 64 % aus recyceltem Kunststoff. Kunststoffverpackungen machen 42 % des Gesamtverbrauchs aus, und nur sehr wenig davon wird recycelt.

Obwohl der Kunststoffverbrauch auch in der Entwicklungswelt schnell zunimmt, liegt der Pro-Kopf-Verbrauch in Entwicklungsländern deutlich niedriger als in Industrieländern. Diese Kunststoffe werden jedoch oft aus teuren Importrohstoffen hergestellt. In Entwicklungsländern gibt es deutlich bessere Voraussetzungen für das Recycling aus mehreren Gründen:

• Geringere Lohnkosten.
• In vielen Ländern gibt es bereits eine Kultur der Wiederverwendung und des Recyclings mit entsprechenden Systemen zur Sammlung, Sortierung, Reinigung und Wiederverwendung von „Abfall“.
• Es gibt oft einen „informellen Sektor“, der ideal für kleine Recyclingaktivitäten geeignet ist. Solche Einkommensmöglichkeiten werden von armen Stadtbewohnern selten ausgelassen.
• Es gibt weniger gesetzliche Vorgaben, die die Qualität von Recyclingmaterialien regeln (was nicht bedeutet, dass die Standards niedrig sein dürfen – der Verbraucher verlangt immer eine gewisse Qualität).
• Niedrigere Transportkosten, oft mit Hand- oder Ochsenkarren.
• Günstige Rohstoffe verschaffen einen Vorteil im wettbewerbsintensiven Fertigungsbereich.
• Innovative Nutzung von Gebrauchtmaschinen führt oft zu niedrigen Einstiegskosten für die Verarbeitung oder Herstellung.

In Entwicklungsländern wächst das Potenzial für das Recycling von Kunststoffen mit der steigenden Menge an verbrauchtem Plastik.

Kunststoffe zum Recyceln

Nicht alle Kunststoffe sind recycelbar. Es gibt vier Kunststoffarten, die üblicherweise recycelt werden:

• Polyethylen (PE) – sowohl hoher als auch niedriger Dichte.
  
• Polypropylen (PP)
  
• Polystyrol (PS)
  
• Polyvinylchlorid (PVC)

Ein häufiges Problem beim Recycling von Kunststoffen ist, dass diese oft aus mehreren Polymeren bestehen oder Fasern enthalten (Verbundwerkstoffe), um höhere Festigkeit zu erreichen. Das erschwert die Rückgewinnung.

Quellen für Kunststoffabfälle

Industrieabfälle (Primärabfälle) können oft direkt von großen Kunststoffverarbeitungs-, Fertigungs- und Verpackungsbetrieben bezogen werden. Ausschuss- oder Abfallmaterial hat meist gute Eigenschaften für das Recycling und ist sauber. Auch wenn die verfügbare Menge manchmal gering ist, wächst sie mit steigendem Verbrauch und damit auch der Produktion.

Gewerbeabfälle sind oft aus Werkstätten, Handwerksbetrieben, Geschäften, Supermärkten und Großhändlern verfügbar. Viele der Kunststoffe aus diesen Quellen sind PE, oft verunreinigt.

Landwirtschaftliche Abfälle können von Höfen und Gärtnereien außerhalb der Städte bezogen werden. Meist handelt es sich um Verpackungen (Kunststoffbehälter oder -folien) oder Baumaterialien (Bewässerungsschläuche).

Abbildung 2: Gemischter Kunststoffabfall, der vor dem Recycling sortiert werden muss. ©World Resource Foundation

Kommunale Abfälle können aus Wohngebieten (Haushaltsmüll), Straßen, Parks, Sammelstellen und Müllkippen gesammelt werden. In asiatischen Städten ist diese Art von Müll weit verbreitet und kann entweder von der Straße oder direkt von Haushalten (nach Absprache) gesammelt werden. (Lardinois 1995)

Erkennung verschiedener Kunststoffarten

Es gibt mehrere einfache Tests, mit denen man die gängigen Polymertypen unterscheiden und für die Weiterverarbeitung trennen kann.

Der Schwimmtest. Gib etwas Spülmittel ins Wasser, lege ein kleines Stück Kunststoff hinein und beobachte, ob es schwimmt.

Brenntest. Halte ein Stück Kunststoff mit einer Pinzette oder auf einem Messer und halte eine Flamme daran. Brennt es? Welche Farbe hat die Flamme?

Kratztest. Kann man das Material mit dem Fingernagel ritzen?

Test	PE	PP	PS	PVC*
Wasser	Schwimmt	Schwimmt	Sinkt	Sinkt
Brennen	Blaue Flamme mit gelber Spitze, schmilzt und tropft.	Gelbe Flamme mit blauem Ansatz.	Gelbe, rußende Flamme – tropft.	Gelbe, rußende Flamme. Brennt nicht weiter, wenn die Flamme entfernt wird.
Geruch nach dem Brennen	Wie Kerzenwachs.	Wie Kerzenwachs – weniger stark als PE.	Süßlich.	Salzsäure.
Kratzen	Ja	Nein	Nein	Nein

*Zur Bestätigung von PVC: Berühre die Probe mit einem rotglühenden Kupferdraht und halte den Draht dann in die Flamme. Eine grüne Flamme durch Chlor bestätigt PVC.
Quelle: Vogler. 1984

Um festzustellen, ob es sich um einen Thermoplasten oder Duroplasten handelt, drücke einen Draht kurz unter Rotglut in das Material. Dringt der Draht ein, ist es ein Thermoplast; dringt er nicht ein, ist es ein Duroplast.

In den USA wurde außerdem ein Codierungssystem mit dem „Recycling-Dreieck“ und Zahlen/Buchstaben eingeführt, um die Identifizierung zu erleichtern. Weitere Informationen gibt es bei der Association of Plastic Manufacturers in Europe (APME). Siehe Abschnitt Nützliche Adressen weiter unten in diesem Artikel.

Sammlung

Bei der Gründung eines kleinbetrieblichen Recyclingunternehmens sollte zunächst eine Bestandsaufnahme gemacht werden: Welche Kunststoffarten sind verfügbar? Welche Kunststoffe brauchen die Hersteller (die das recyclte Material kaufen würden)? Und ist die Sammlung wirtschaftlich sinnvoll?

Es gibt verschiedene Sammelmethoden:

• Haus-zu-Haus-Sammlung von Kunststoffen und anderen Materialien (z. B. Papier).
  
• Haus-zu-Haus-Sammlung nur von Kunststoffen (aber aller Polymertypen).
  
• Haus-zu-Haus-Sammlung nur bestimmter Gegenstände.
  
• Sammlung an zentralen Punkten (z. B. Markt oder Kirche).
  
• Sammlung bei Straßenjungen gegen Bezahlung.
  
• Regelmäßige Abholung bei Geschäften, Hotels, Fabriken usw.
  
• Ankauf von Sammlern auf der städtischen Müllkippe.
  
• Selber sammeln oder durchsuchen.

Die geeignete Methode hängt von der Betriebsgröße, dem verfügbaren Kapital, den Transportmöglichkeiten usw. ab.

Aufbereitung von recyceltem Kunststoff – Verfahren und Technik für Kleinbetriebe

Erste Aufbereitung

Nach der Sammlung muss der Kunststoff gereinigt und sortiert werden. Die Techniken hängen von der Betriebsgröße und der Art des Abfalls ab. Auf einfachster Stufe erfolgt dies per Handwaschen und manueller Sortierung. Bei größeren Betrieben können mechanische Waschanlagen und solare Trocknung eingesetzt werden. Sortiert wird nach Polymertyp, Produktart (Flaschen, Folien etc.), Farbe usw.

Abbildung 3: Sammlung von Abfallmaterialien. © World Resource Foundation

Abbildung 4: Flussdiagramm eines typischen Kunststoff-Recyclingprozesses in einem Entwicklungsland (TOOL 1995)

Zerkleinerungstechniken

Die Zerkleinerung ist aus mehreren Gründen notwendig: um große Teile maschinengerecht zu machen, das Material für Lagerung und Transport zu verdichten oder für die weitere Verarbeitung vorzubereiten.

Schneiden

wird meist für die erste Zerkleinerung großer Gegenstände verwendet (mit Schere, Blechschere, Säge etc.).

Zerreißen / Shreddern

eignet sich für kleinere Stücke. Ein typischer Shredder hat rotierende Messer, einen Siebeinsatz und einen Auffangbehälter.

Agglomerieren

ist das Vorplastifizieren von weichem Kunststoff durch Erhitzen, schnelles Abkühlen und anschließendes Zerkleinern zu Krümeln.

Weiterverarbeitungstechniken

Extrusion und Pelletieren

Durch Extrusion wird das recyclte Polymer homogenisiert und für die weitere Verarbeitung vorbereitet. Die Stücke werden erhitzt, durch eine Düse gepresst („Kunststoffspaghetti“), abgekühlt und dann zu Pellets geschnitten.

Herstellungstechniken

Extrusion

Zur Herstellung neuer Produkte (z. B. Rohre, Schläuche).

Spritzgießen

Zur Herstellung von Formteilen wie Tellern, Schüsseln, Eimern etc.

Blasformen

Zur Herstellung von Hohlkörpern wie Flaschen und Behältern.

Folienblasen

Zur Herstellung von Müllbeuteln und Folien.

Abbildung 5: Kunststoff-Herstellungstechniken; Extrusion (oben), Blasformen (Mitte) und Spritzgießen (unten).

Produkte aus recyceltem Kunststoff

Die Bandbreite möglicher Produkte ist nahezu unbegrenzt. Der Markt für recycelte Kunststoffprodukte ist jedoch begrenzt, da die Qualität des Rohmaterials schwankt. Viele Hersteller verwenden nur kleine Mengen gut sortierten Recyclats, andere setzen höhere Anteile ein. In Entwicklungsländern, wo Standards oft niedriger und Rohstoffe teuer sind, gibt es deutlich mehr Einsatzmöglichkeiten für recycelten Kunststoff – von Baumaterialien über Schuhe, Küchenutensilien bis hin zu Abwasserrohren und Schönheitsartikeln.

Hersteller von Kunststoff-Recyclinganlagen Maschinen für das Recycling und die Verarbeitung von Kunststoffen gibt es in unterschiedlichen Größen und Ausstattungsstufen. In den meisten Entwicklungsländern kann man neue Maschinen nicht einfach im Laden kaufen. Die Maschinen müssen importiert, lokal hergestellt oder improvisiert werden. Im informellen Sektor ist die Improvisation meist die häufigste Methode – und oft sehr einfallsreich.

Nachfolgend einige Hersteller und Lieferanten von Recyclinganlagen (für eine umfassendere Liste siehe Vogler [1]):

Brimco Plastic Machinery Prt. Ltd. 55 Gort Industrial Estate, Kandirli (West), Mumbai 400 067, Indien.	Plasplant Machinery Ltd. Bordon Trading Estate, Oakhanger Road, Bordon, Hants, GU35 9HH. Großbritannien.
Stellt allgemeine Maschinen für die Kunststoffherstellung her.	Lieferant von gebrauchten und neuen Maschinen für das Kunststoffrecycling. Langjährige Erfahrung mit Lieferungen in Entwicklungsländer.

Quellen und weiterführende Literatur

'Dieser Howtopedia-Artikel basiert auf dem Practical Action Technical Brief Recycling Plastics.
Das Originaldokument findest du hier: http://www.practicalaction.org/?id=technical_briefs_manufacturing

1. Vogler, Jon, Small-scale recycling of plastics. Intermediate Technology Publications 1984. Ein Buch speziell für das kleinbetriebliche Recycling von Kunststoffen in Entwicklungsländern. 2. Vogler, Jon, Work from Waste. Intermediate Technology Publications 1981. Ein Klassiker für alle, die aus Abfall Arbeit schaffen wollen. 3. Lardinois, I., und van de Klundert, A., Plastic Waste, Option for small-scale resource recovery. TOOL 1995. Viele Beispiele erfolgreicher Recyclingprojekte in Entwicklungsländern. 4. Birley, A. W., Heath, R. J., und Scott, M. J. Plastics Materials. Blackie, 2. Aufl. 1988. Einführendes wissenschaftliches Lehrbuch. 5. Harper, Charles A., u. a. Handbook of Plastics and Elastomers. McGraw-Hill, 1975. Grundlegende Daten zu Konstruktion und Verwendung. 6. Roth, Laszlo. A Basic Guide to Plastics for Designers, Technicians, and Crafts People. Prentice-Hall, 1985. Einführung in Materialien und Technik. 7. Sparke, Penny, Hrsg. The Plastics Age: from Modernity to Post-Modernity. Victoria and Albert Museum, 1990. Gut bebildert. 8. "Plastics," Microsoft® Encarta® 98 Encyclopedia. © 1993-1997 Microsoft Corporation.

Nützliche Adressen

World Resource Foundation
Heath House
133 High Street, Tonbridge
Kent TN9 1DH
Tel +44 (0)1732 368333
Fax +44 (0)1732 368337
http://www.wrf.org.uk
The Warmer Bulletin (erscheint 4x jährlich, Abonnement erforderlich)

WASTE Nieuwehaven 201,
2801 VW Gouda, Niederlande.
Tel: +31 (0)182 522 625
Fax: +31 (0)182 550313
Beratung im Bereich kommunales Abfallmanagement in Entwicklungsländern.

UNDP / World Bank
Integrated Resource Recovery Programme,
1818 H. Street NW, Washington DC, USA.
Tel: +1 (202) 477 1254
Fax: +1 (202) 477 1052
Veröffentlichungen zu Politik und Fallstudien.

TNO Plastics and Rubber Research Inst.
PO Box 6031, 2600 JA Delft,
Niederlande.
Tel: +31 (15) 69 66 21
Fax: +31 (15) 56 63 08
Forschung zu Kunststoffen und Kautschuk, Beratung und Schulung.

RAPRA Technology Ltd.
Shawbury, Shrewsbury,
Shropshire SY4 4NR
Tel: +44 (0)1939 250 383
Fax: +44 (0)1939 251 118
Website: http://www.rapra.net
Technisches Informationszentrum für Kautschuk und Kunststoffe.

European Centre for Plastics in the Environment and Association of Plastics Manufacturers in Europe,(APME),
Avenue E. van Nieuwenhuyse 4, BP3,
B-1160 Brüssel, Belgien
Tel: +32 (2) 675 32 97
Fax: +32 (2) 675 39 35
Allgemeine Informationen zum Recycling von Kunststoffabfällen.

Practical Action, The Schumacher Centre For Technology & Development
Bourton Hall, Bourton-on-Dunsmore, Rugby, Warwickshire CV23 9QZ, UK
Tel: + 44(0) 1926 634400 Fax: +44(0) 1926 634401
E-mail: Infoserv@practicalaction.org.uk Web: http://www.practicalaction.org