Themenspecials

Wissenswertes rund um Kunststoff und Kautschuk

Kunststoff und Kautschuk begegnen uns überall im Alltag. Entdecken Sie spannende Geschichten, überraschende Fakten und interessante Hintergründe – von historischen Entwicklungen und bekannten Produkten bis hin zu wichtigen Persönlichkeiten und Innovationen der Branche.

Beiträge (471)

  • Produktion hochreiner Kunststoffkomponenten für Halbleiter optimieren

    Halbleiterfertigungsprozesse stellen hohe Ansprüche an die dafür genutzten Kunststoffe hinsichtlich Genauigkeit, Reinheit sowie Material- und Oberflächengüte. Bild: Meislitzer Präzisionstechnik Um Autos sicherer, Handys „klüger“ und Unterhaltungselektronik bedienungsfreundlicher zu machen, braucht man Halbleiter-Chips. Für die Herstellung dieser Halbleiter werden Maschinen benötigt, die auch Kunststoffteile beinhalten. Und genau um diese geht es. Halbleiterchips und deren Fertigungsprozesse haben nämlich extrem hohe Anforderungen an die dafür genutzten Komponenten hinsichtlich Genauigkeit, Reinheit sowie Material- und Oberflächengüte. Minderwertige Kunststoffteile müssen eliminiert werden, verursachen Abfall und auch Kosten. Besonders herausfordernd ist es hier, kleine und kleinste Einschlüsse zu detektieren, die gerade einmal 0,25 mm² „groß“ sind. Derzeitige Inspektionslösungen ermöglichen zwar eine Prüfung der Geometrietoleranzen, sind jedoch nicht in der Lage das Material oder die Einschlussart bzw. die –struktur ausreichend zu überprüfen. Daher werden viele Bauteile mit Einschlüssen präventiv ausgeschieden. Und das verzögert den Produktionsprozess und verursacht auch hohe Kosten. Genau hier setzt die Forschungsarbeit von OPtima an, zu dem sich vier Partner - zwei aus der Industrie und zwei aus der Forschung - zusammengetan haben. Prozesse analysieren Die Physikerin und CTR Bereichs- und Projektleiterin, Christina Hirschl, erklärt die Herausforderung: „Wir wollen in dem Projekt mehrere Dinge erreichen. Einerseits gilt es, die Einschlüsse systematisch zu untersuchen und die Ursachen zu identifizieren. Die Ergebnisse wollen wir dann für die Optimierung des gesamten Produktionsprozesses nutzen, um ein automatisiertes und in den Produktionsprozess integriertes Qualitätssicherheitsverfahren zu entwickeln, der einer Null-Fehler-Produktion nahe kommt.“ In einem ersten Schritt werden mikro-analytische Methoden genutzt, um Identitäten, Strukturen und Häufigkeiten der Einschlüsse und deren Ursachen zu identifizieren. Aufbauend darauf soll ein Demonstrator realisiert werden, der alle drei Kriterien – Einschlussgröße, -struktur und -material – in einem Umfeld hoher Produktvielfalt und -dynamik erfassen kann. Dazu untersucht das Team systematisch verschiedenste Methoden wie optische, spektroskopische oder auch akustische Mess- und Prüfverfahren. Ressourceneffizient produzieren All die Forschungsarbeiten und Demonstrator Entwicklungen sollen dazu führen, dass die Ressourcen- und Produktionseffizienz in Bezug auf Rohstoffe, Energie, Arbeitszeit und Abfallvermeidung verbessert wird. Läuft alles nach Plan, können die Erkenntnisse und Ergebnisse auch für andere Branchen, wie der Lebensmittel- oder Medizintechnikindustrie, die ebenfalls hochreine Kunststoffteile benötigen, genutzt werden. Das Projekt "OPtima" wird aus Mitteln der Forschungs-, Technologie- und Innovations-(FTI) Initiative "Produktion der Zukunft"- gefördert und von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) abgewickelt. (GD) Quelle und weitere Informationen CTR Carinthian Tech Research AG

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  • Mehr Gewalt im Kinderzimmer durch Lego-Spielzeug?

    Image: istock / ninjaMonkeyStudio Es wundert nicht wirklich: Die zunehmende Gewalt in aller Welt spiegelt sich nicht nur in den Print-, elektronischen und digitalen Medien wider, sondern auch im Spielzeug und damit in den Kinderzimmern dieser Welt. Spielzeughersteller wie Lego tragen der Entwicklung Rechnung, wie eine Studie der neuseeländischen University of Canterbury nachgewiesen hat. Wie Wissenschaftler der University of Canterbury in Neuseeland herausgefunden haben, sind LEGO-Spielzeuge in den letzten Jahren immer gewalttätiger geworden. Ihr Forschungsbericht wurde kürzlich im Wissenschaftsjournal PLOS ONE [1] veröffentlicht. Er beweist, dass der behauptete Grundsatz des Unternehmens, mit seinen Spielzeugen Gewalt als primären Spielanreiz zu verhindern, der Realität nicht entspricht. Stattdessen sind die neuen Produkte darauf ausgerichtet, in spielerischen Konfliktsituationen das imaginär Böse mit Aggression zu bekämpfen. Das interdisziplinäre Forscherteam des University of Canterbury´s Human Interface Technology Laboratory New Zealand (HIT Lab NZ) [2], hat sich intensiv mit dem Umgang von Menschen mit Technologien und Medien auseinandergesetzt. Um das Gewaltpotenzial in Medien zu beurteilen, entwickelte das Forscherteam ein Messinstrument, welches den Gewaltanteil in Bildern und anderen Medien auswerten kann. Heutzutage ist die Darstellung von Gewalt nicht nur im Fernsehen oder in Videospielen allgegenwärtig. Auch Kinderspielzeug spiegelt die zunehmende Gewalt in aller Welt wider. Christoph Bartneck, Professor am HIT Lab NZ und Hauptautor der Forschungsarbeit, betont, dass Kinder immer noch viel mit greifbaren Spielzeugen, wie Puppen, Autos und auch LEGO-Steinen, spielen, obwohl Fernsehen und Videospiele mittlerweile eine wichtige Rolle im Leben von Kindern einnehmen. LEGO bot sich besonders gut als Forschungsgrundlage an, da sich die Grundidee des Produkts im Laufe der Jahrzehnte nicht verändert hat und dadurch ermöglicht wird, Entwicklungen bezüglich der Darstellung von Gewalt über einen längeren Zeitraum zu untersuchen. Die Forscher der University of Canterbury fanden nun heraus, dass LEGO Spielzeuge in den letzten Jahrzehnten in ihrer Darstellung gewalttätiger geworden sind. So hat sich die Anzahl von Waffenbausteinen um fast 30 prozent erhöht, und jedes Set enthält nun mindestens einen Waffenbaustein. Des Weiteren hat sich auch die Abbildung von Gewalttätigkeiten in den LEGO Katalogen jährlich um 19 Prozent erhöht, so dass fast 40 Prozent der Seiten heutzutage beispielsweise Szenen von Schusswechseln oder anderen Gewalttaten darstellen. Demzufolge scheinen die LEGO-Produkte nicht mehr so unschuldig zu sein, wie sie einst wahrgenommen wurden, sagt Bartneck. Das Unternehmen LEGO bekräftigt regelmäßig, dass Gewaltszenen im LEGO Universum normalerweise in einem humorvollen Kontext dargestellt werden. Die Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass in den Szenen keine humorvolle Atmosphäre vorherrscht. Materialzerstörung ist die übliche Konsequenz der Kampfszenen, gefolgt von leichten Verletzungen. GD Literatur [1] Christoph Bartneck , Qi Min Ser, Elena Moltchanova, James Smithies, Erin Harrington, Have LEGO Products Become More Violent? (http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0155401; Open Access) [2] Human Interface Technology Laboratory New Zealand (HIT Lab NZ)

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  • Kunststoff & Co. aus Abgasen

    Hochofen der Stahlindustrie. Quelle: istock / Thomas Saupe Wie bleibt der Stahlstandort Deutschland wettbewerbsfähig? Das Projekt "Carbon2Chem" soll darauf eine Antwort geben. Acht Industrieunternehmen entwickeln gemeinsam mit Max-Planck und Fraunhofer-Gesellschaft sowie Universitäten eine weltweit einsetzbare Lösung, um die Abgase der Hochöfen in Vorprodukte für Kraftstoffe, Kunststoffe oder Dünger umzuwandeln. Der dafür benötigte Wasserstoff wird mit Überschussstrom aus erneuerbaren Energien produziert. Mit dem "Carbon2Chem"-Ansatz sollen 20 Millionen Tonnen des jährlichen deutschen CO2-Ausstoßes der Stahlbranche künftig wirtschaftlich nutzbar gemacht werden. Dies entspricht 10 Prozent der jährlichen CO2-Emissionen der deutschen Industrieprozesse und des verarbeitenden Gewerbes. "Mit Carbon2Chem zeigen wir, wie Klimaschutz und eine wettbewerbsfähige Stahlproduktion dank Forschung und Innovation in Deutschland erfolgreich verbunden werden können. Damit sichern wir Arbeitsplätze in der Stahlbranche in unserem Land. Damit sichern wir den Industriestandort Deutschland.", betonte Johanna Wanka, Bundesministerin für Bildung und Forschung. Unser Wohlstand hängt maßgeblich von der hiesigen Stahlindustrie und ihren rund 90.000 Beschäftigten ab. Autos, Häuser und Maschinen entstehen aus den 43 Millionen Tonnen Stahl, die die Branche jährlich produziert. Noch ist Deutschland Europas größter Stahlerzeuger. Die internationale Konkurrenz gefährdet ihre Wettbewerbsfähigkeit. Nach dem Pariser Klimaabkommen vom 12. Dezember 2015 soll die globale Erwärmung auf möglichst 1,5 Grad Celsius begrenzt werden. Um das gesteckte Ziel zu erreichen, haben sich die Vertragsparteien der Klimaneutralität verpflichtet. Ab der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts darf nicht mehr Treibhausgas ausgestoßen werden, als durch Senken gebunden werden kann. Demnach muss die Branche ihren Treibhausgasausstoß ganz erheblich reduzieren. "Eine zukunftsfähige Industrieproduktion und engagierter Klimaschutz gehören zusammen. Mit Carbon2Chem zeigen wir dies glaubwürdig. So füllen wir das Abkommen von Paris mit Leben", sagte Bundesforschungsministerin Wanka bei der Pressekonferenz zum Start des Vorhabens in Duisburg. Der Stahlstandort Duisburg ist der größte der Branche. "Carbon2Chem" zielt darauf ab, den CO2-Ausstoß hier und an anderen Stahlstandorten wirtschaftlich nutzbar zu machen. Würde dies gelingen, wird erstmals ein klimarelevanter CO2-Einspareffekt erreicht. Das Forschungsprojekt "Carbon2Chem" entwickelt in den kommenden zehn Jahren eine nachhaltige Wertschöpfungskette, die verschiedene Sektoren miteinander verbindet – der Klimaschutz treibt die Innovationen branchenübergreifend voran. Denn von "Carbon2Chem" profitiert nicht nur die Stahlindustrie. Chemieunternehmen erschließen eine neue, saubere Rohstoffquelle: "Innovationssprünge entstehen heute an den Grenzen zwischen den Branchen", betonte Heinrich Hiesinger, Vorstandsvorsitzender der Thyssen Krupp AG. "Carbon2Chem bringt Akteure aus allen Bereichen des Innovationsgeschehens zusammen. Grundlagenforschung, Anwendungsforschung und industrielle Praxis – und das aus unterschiedlichen Sektoren." Gleichzeitig soll "Carbon2Chem" zwei zentrale Fragen der Energiewende beantworten: Wie kann man elektrische Energie speichern und die Stromnetze stabilisieren? Die Partner aus Wissenschaft und Industrie schlagen mit "Carbon2Chem" eine Brücke von der Grundlagenforschung in den Markt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit mehr als 60 Millionen Euro. Die beteiligten Partner planen Investitionen von mehr als 100 Millionen Euro bis 2025. Für die kommerzielle Realisierung haben sie mehr als eine Milliarde Euro vorgesehen. Quelle Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Weitere Informationen des BmBF

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  • Schwarze Kunststoffe sortenrein trennen

    Quelle: istock / MiguelMalo Schwarze Kunststoffe, wie man sie von Armaturenbrettern kennt, lassen sich bisher nicht werterhaltend recyceln: Aufgrund ihres Absorptionsverhaltens sind sie für die gängigen Analysesysteme schlichtweg unsichtbar. Eine neue Technologie von Fraunhofer-Forschern kann nun schwarze Kunststoffe sortenrein trennen – zu erschwinglichen Preisen. Die Sortiermaschine mit Fließband, das den kleingeschredderten Plastikmüll transportiert. (© Fraunhofer IOSB) Nach einem Einkauf im Supermarkt quillt der Mülleimer über vor Plastikabfällen: Saft, Fleisch, Obst und andere Lebensmittel sind in Kunststoff verpackt. Die Mengen sind enorm – allein in Deutschland fallen pro Jahr etwa 5,7 Millionen Tonnen dieses Mülls an. Zwar sammelt der Großteil der Bürger die Verpackungen gewissenhaft in gelben Tonnen. Doch nur etwa 42 Prozent dieser Abfälle ist ein zweites Leben als Windel, Fleece-Pullover, Stofftier und Co. vergönnt. Der Rest wird energetisch verwertet, er landet in Müllverbrennungsanlagen. Dies betrifft vor allem schwarze Kunststoffe, die bislang nicht sortenrein getrennt werden können. Bisherige Sortiersysteme arbeiten nämlich im Nahinfrarot-Bereich, der es generell ermöglicht, Plastik zu klassifizieren. Was bei den meisten Kunststoffen auch gut funktioniert, läuft bei schwarzen Ausführungen allerdings ins Leere: Der Ruß, der dem Plastik seine dunkle Farbe verleiht, absorbiert einen Großteil des Signals. Das optische System kann daher diese Werkstoffe nicht sehen. Dabei wird es immer wichtiger, auch die dunklen Kunststoffe wiederzuverwerten: Sollen die vereinbarten EU-Grenzwerte beim Recycling von Autos eingehalten werden, führt an der Wiederverwertung schwarzer Kunststoffe kein Weg vorbei. Serientaugliches System trennt auch schwarze Kunststoffe Forscher der Fraunhofer-Institute für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg, für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe und für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin bieten nun eine Lösung für das Problem. "Wir haben erstmals ein bezahlbares Sortiersystem entwickelt, das sowohl schwarze als auch alle anderen farbigen Kunststoffe erkennt – in Echtzeit und in großen Mengen: blackValue", bestätigt Professor Thomas Längle, Abteilungsleiter am IOSB. Das Herzstück des Systems ist die Radarkamera. Die Funktionsweise: Der kleingeschredderte Plastikmüll läuft über ein Fließband, an dessen Ende die Kunststoff-Flakes mit einer Geschwindigkeit von zwei bis drei Metern pro Sekunde in weitem Bogen herunterfallen. Durch diesen Strom fallender Flocken schickt die Radarkamera Terahertz-strahlung, die zwischen Infrarotstrahlung und Mikrowellen liegt. Auf der anderen Seite des Strahls analysiert das System, auf welche Weise die einzelnen Stückchen die Strahlung verändert haben – und analysiert aufgrund der erhaltenen Spektren, um welchen Kunststoff es sich handelt. Binnen 35 Millisekunden fällt die Entscheidung, ob das Teil über einen gezielten Luftstoß aus dem Kunststoffstrom hinauskatapultiert wird oder darin verbleiben darf. Eine Farbkamera liefert zusätzliche Informationen über die Form des Objekts, um die Ausblasdüsen zur richtigen Zeit zu öffnen. 98 bis 99 Prozent sortenrein sortiert – bei erschwinglichem Preis "Je höher die Frequenz, mit der solche Kameras arbeiten, desto genauer messen sie – allerdings steigt mit der Genauigkeit auch ihr Preis", beschreibt Dirk Nüßler, Geschäftsfeldsprecher Produktion am FHR, die Herausforderung. "Radar oder THz- Zeilenkameras, die beispielsweise bei einer Bandgeschwindigkeit von drei Metern pro Sekunde – knapp 10 km/h – messen sollen, können schnell bis zu eine Millionen Euro kosten. Das ist unerschwinglich für Recyclinghöfe. Wir haben daher einen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Erschwinglichkeit gesucht." Ausgeklügelte Algorithmen des IAIS helfen dabei, diesen Spagat zu meistern; sie erkennen auch kleinste Unterschiede in den Spektren. Und da sie selbstlernend sind, arbeiten sie im Laufe der Zeit immer präziser. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die Kamera, die bei 90 Gigahertz funktioniert, schafft die geforderte Sortenreinheit von 98 bis 99 Prozent und ist mit einem Preis in der Größenordnung einer Hyperspektralkamera vergleichsweise ein Schnäppchen. Die Anwendungen der Terahertz-Kamera beschränken sich keineswegs aufs Recycling. "Unsere Entwicklung ist eine Schlüsseltechnologie, die sich für zahlreiche Anwendungen anbietet – sei es fürs Stahlwalzen oder die Lebensmittelherstellung." Um die Kamera an unterschiedliche Anforderungen anpassen zu können, haben die Forscher sie modular aufgebaut. So lassen sich beispielsweise verschiedene Frequenzerweiterungen ähnlich wie Objektive aufstecken: Momentan sind Erweiterungen für 120 und 240 Gigahertz in Arbeit. Anfang 2017 soll die Kamera Recyclinghöfen zur Verfügung stehen und Ende 2017 auf den Markt kommen. Quelle Fraunhofer-Gesellschaft

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  • Herausforderungen mit geeigneter Verfahrenstechnik begegnen

    Thema des Monats Zukunft braucht Nachhaltigkeit (VIII) Von Guido Deußing Ein neu entwickeltes Vergasungsverfahren verwertet Altkunststoffe, kohlenstoffhaltige Sortierreste und Gummiteile sowie Schreddermaterial der Automobilindustrie. Es kann auch chlorhaltige Kunststoffströme mit PVC-Anteilen umweltfreundlich und effizient verarbeiten. Es erzeugt daraus ohne Rauchgasemissionen ein gereinigtes Synthesegas. Im Prozess dient Kalk als Transportmedium und bindet zugleich auch Halogene und andere Schadstoffe. Das im Schachtofen erzeugte Gas kann wertvolle Primärenergieträger wie Erdgas in Hochtemperaturprozessen ersetzen oder auch zur Stromerzeugung in effizienten Gasmotoren eingesetzt werden. Das Verfahren verwertet unterschiedlichste Reststoffe, auch problematische Kunststoffabfälle oder kontaminierte Materialien, ohne diese vorher aufwendig aufbereiten zu müssen. Potenzielle Einsatzstoffe sind beispielsweise Sortierreste aus dem gelben Sack, Schredderschwer- und -leichtfraktion, Kunststoffverbundstoffe oder auch kontaminierte Abfallhölzer, sonstige Biomassen, Dachpappen, Braunkohle, Salzkohle, Ölschiefer, Teerseen, kontaminierte Böden, bitumenhaltige Abfälle sowie insbesondere Klärschlämme. Manche Abfälle, wie Klärschlämme oder kunststoffhaltige E-Schrott-Fraktionen, enthalten Wertstoffe, beispielsweise Phosphor, Edelmetalle oder seltene Erden. Diese können durch Bindung am Feinkalk angereichert, abgetrennt und wiederverwertet werden. Roland Möller, Leiter des Forschungsvorhabens und Geschäftsführer der Firma Ecoloop: „Wir machen aus Reststoffen Gas. Die bei Verbrennungsprozessen übliche Limitierung der Einsatzmaterialien für Chlor gibt es bei unserer Technologie nicht. Mit Ecoloop wollen wir die Abfall- und Recyclingtechnik sinnvoll ergänzen.“ Die energetische Verwertung von Kunststoffabfällen in der neuen Vergasungsanlage stellt eine günstige Alternative zur Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen (MVA) mit anschließend erforderlicher Rauchgasreinigung dar. Im Schachtofen entsteht Synthesegas Die Ofenanlage kombiniert bewährte technische Anlagen und Methoden, die vor allem aus der Kalkindustrie stammen, zu einem neuartigen flexiblen Verwertungsverfahren. Dabei werden die Reststoffe mit Grob-Kalk vermischt und im Gegenstromprinzip in einem Schüttgutwanderbett zu Synthesegas umgewandelt. Die Wanderbettvergaser-Anlage kommt ohne komplexe oder anfällige drehende Teile oder Einbauten aus. Das Material wird in einem Schüttgutwanderbett aus Kalk und Ersatzbrennstoffen durch die eigene Schwerkraft von oben nach unten transportiert, genauso wie im Kalkbrennprozess. Funktionsschema des Schachtreaktors: 1 Eingangsmaterial wird mit Kalk gemischt, bevor es in die heißen Reaktorzonen gelangt. 2 Material wird durch Schwerkraft gefördert und durch einen Drehteller-Austrag gesteuert. 3 Nach der Vergasung in den oberen Zonen wandert der übrige Pyrolysekoks in die Brennzone und liefert Energie für den Prozess. 4 In der Kühlzone wird der Kalk durch Luft und Wasser heruntergekühlt. 5 Synthesegas wird am oberen Reaktorkopf abgesaugt und Schadstoffe bleiben an den Feinkalk gebunden. 6 Schadstoffe werden mit Feinkalk und Asche ausgesiebt. 7 Grobkalk wird in den Prozess zurückgeführt. Copyright: Ecoloop Kalk hat Schlüsselfunktion im Prozess Das Kalkwanderbett verlässt den Reaktor, anschließend werden Asche und Schadstoffe ausgesiebt. Copyright: Ecoloop Für den Umwandlungsprozess im Schachtofen spielt Kalk eine entscheidende Rolle; er ist zugleich Transportmedium für die Brennstoffe und gasdurchlässiges Stützgerüst innerhalb des Schüttgutwanderbettes. Seine katalytische Wirkung steigert die Entstehung von Synthesegas. Außerdem absorbiert der Kalk Chlor, verhindert die Bildung von Dioxinen und Furanen und unterbindet so die Entstehung gefährlicher Rauchgase bei der späteren Synthesegas-Nutzung. Im Bereich von 400 bis 800 °C unterstützt der Kalk in Anwesenheit von Wasserdampf als Katalysator die Reformierung von langkettigen Polymeren und polyzyklischen Derivaten. Dadurch wird die Bildung unerwünschter öl- und teerhaltiger Spaltprodukte erheblich reduziert. Saure Schadstoffe wie Chlorwasserstoff- oder Schwefelverbindungen werden an den Kalk gebunden und mit der Asche nach Rückgewinnung ihrer Wärme als Feingut aus dem Grobkalk abgetrennt. Dieser kann danach erneut als Teil des Schüttgutwanderbetts verwendet werden. Das Roh-Synthesegas wird in der Gasreinigung über Heißgasfilter von Flugstaub befreit und auf Raumtemperatur abgekühlt. Das gereinigte Synthesegas kann beispielsweise Erdgas ersetzen oder als Rohstoff dienen, um Basischemikalien wie Alkohole oder verschiedene Kohlenwasserstoffe herzustellen. Synthesegas-Erzeugung Rohgasrohre mit Sicherheitsschiebern. Copyright: Ecoloop Das erzeugte Synthesegas ist gereinigtes Schwachgas, vergleichbar mit Stadt- oder Kokereigas. Die brennbaren Hauptkomponenten sind CO, H 2 und niedere Kohlenwasserstoffe; inerte Anteile wie CO 2 und N 2 gelangen im Wesentlichen durch den Einsatz der Vergasungsmittel Luft und Wasser ins Synthesegas. Sein Heizwert liegt zwischen 2 – 2,4 kWh/Nm³, der Staubanteil unter 1 mg/Nm³. Bei der Verbrennung werden bis zu 1.900 °C erreicht. Daher eignet sich das Synthesegas auch dafür, Hochtemperaturprozesse zu unterstützen, die fossile Energieträger benötigen, wie zum Beispiel in der Zementindustrie, in Glashütten oder bei der Roheisen- und Stahlherstellung. Eine weitergehende Nutzung des Gases als chemischer Rohstoff ist möglich, abhängig von den verwerteten Stoffen sowie der Fahrweise des Reaktors. Eine Anlage, die im Jahr etwa 50.000 Tonnen Reststoffe verarbeitet, erzeugt bis zu 15.000 Nm³ Synthesegas pro Stunde. Dies ergibt eine durchschnittliche Jahresleistung von 250.000 MWh Synthesegas, das entspricht etwa 20.000 Tonnen Erdgas. Erste großtechnische Pilotanlage Die erste großtechnische Anlage wurde darauf ausgelegt, bis zu 50.000 Tonnen Altkunststoffe pro Jahr zu verwerten. Dafür sind etwa 3.000 bis 4.000 t Grobkalk pro Jahr notwendig. Luft und Wasserdampf werden als Vergasungs- und Kühlmittel eingeblasen. Im vertikalen Schachtofen der Anlage laufen bei einer Reaktionstemperatur von 450 bis 1.200 °C eine Partialoxidation sowie eine Reihe von Vergasungs- und Pyrolysereaktionen des Materials ab, unterstützt von einer anfänglichen Grundlastfeuerung. Nach Heißgasfilter und Gaskühlung kann das Synthesegas beispielsweise als Brennstoff für Industrieprozesse eingesetzt werden. Als Reststoffe verbleiben etwa 8.000 bis 12.000 t Feingut pro Jahr; dieses Gemisch aus feinem Kalk, Asche und Schadstoffen muss deponiert werden. Großtechnische Anlage der Ecoloop Conera Process Solutions GmbH in Bad Harzburg zur Herstellung von Synthesegasen aus Altkunststoffen. Copyright: Ecoloop Die Anlage ist für eine thermische Nennleistung von 32 MW ausgelegt; sie kann als Gegenstromvergaser einen thermischen Wirkungsgrad von über 80% bei einem Fremdstrombedarf von etwa 1 MW erreichen. Das Anlagenkonzept ist flexibel und lässt sich in Industrie und Abfallverwertung einsetzen. Die Ecoloop-Technologie kann Müllverbrennungsanlagen sinnvoll ergänzen, indem besonders chlorund schadstoffhaltige Abfallströme nicht im Gesamtmüllmix verbrannt, sondern stofflich in Synthesegas umgewandelt werden. Um solche Materialien thermisch verwerten zu können, werden sie bisher dem Gesamtmülleingangsstrom der MVA beigemischt. So gelingt es, bestimmte Grenzwerte nicht zu überschreiten. Doch insbesondere die erhöhten Chlorfrachten führen dabei zu erheblichen technischen Nachteilen. Um der dadurch auftretenden Hochtemperaturkorrosion entgegenzuwirken, müssen Verbrennungsanlagen bei reduzierter Temperatur und reduziertem Dampfdruck betrieben werden. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad. Weitere Folgen sind erhöhte Betriebs- und Instandhaltungskosten. Vor allem führen hohe Chlorkonzentrationen in Verbrennungsprozessen zur Bildung hochtoxischer Dioxine und Furane, die aufwendig über Rauchgasreinigungsanlagen ausgefiltert und deponiert werden müssen. Die Vermeidung von Chlorspitzen im Gesamtabfall steigert die Effizienz der Müllverbrennung, reduziert Schadstoffbildung und erlaubt gleichzeitig eine separate Verwertung von Problemstoffen durch rauchgasfreie Umwandlung über Ecoloop in gereinigtes Synthesegas. Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsarbeiten Unter dem katalytischen Einfluss von Kalk (CaO) wird die Bildung von Teeren deutlich reduziert. Quelle: Kübel, M.: Teerbildung und Teerkonversion bei der Biomassevergasung. Anwendung der nasschemischen Teerbestimmung nach CEN-Standard. Dissertation, Universität Stuttgart. Göttingen: Cuvillier, 2007 In der ersten großtechnischen Pilotanlage wurden zahlreiche Vergasungskampagnen mit kunststoff- und chlorhaltigen Ersatzbrennstoffen durchgeführt. Dabei wurden bereits mehr als 2.000 t unterschiedlicher Materialströme eingesetzt: Mischkunststoffe und Sortierreste aus dem gelben Sack sowie Schredderschwerfraktion aus dem Automobilrecycling. Die Betriebsergebnisse und Erfahrungen fließen in Forschungs- und Entwicklungskooperationen zur Optimierung und Weiterentwicklung der Technologie ein. Gemeinsam mit der TU Clausthal entwickeln die Forscher ein umfassendes Simulationsmodell des Vergasungsprozesses. Eingangsbasis vieler Daten sind Prozessparameter und Messdaten aus dem großtechnischen Pilotreaktor. Ergänzt wird das Modell durch Versuchsergebnisse und Daten aus Labor- und Technikumsanlagen. Inzwischen ist die Programmierung des Simulationsmodells weit fortgeschritten und es wurde bereits mit der Validierung verschiedener Prozesseinstellungen und Modell-Tests begonnen. Am Ende soll das Simulationsmodell verlässliche Prozessdaten aus unterschiedlichen Eingangsdaten bereitstellen. So wird es beispielsweise möglich sein, den Einsatz unterschiedlicher Abfallstoffe zu simulieren und die daraus zu erwartende Synthesegaszusammensetzung und den Wirkungsgrad der Anlage zu ermitteln, ohne dass solche Versuche gleich an der großtechnischen Anlage durchgeführt werden müssen. Mithilfe des Simulationsmodells sollen das Verfahren und das Reaktordesign weiter verbessert werden. Den Schwerpunkt ihrer weiteren Arbeit sehen die Entwickler darin, das Verfahren für verschiedene Reaktorgeometrien und Auslegungsgrößen optimal anzupassen. Das mittelfristige Ziel ist es, einen optimierten großtechnischen Anlagentyp zu entwickeln, der in unterschiedlichen Auslegungsgrößen eine Vielzahl problematischer Abfallströme vor Ort, ohne aufwendigen „Mülltourismus“, effizient verwerten kann. Synthesegase für die chemische Industrie In vielen Bereichen der Industrie, beispielsweise in der Stahl- und Chemieproduktion, werden Synthesegase erzeugt und eingesetzt. Für zahlreiche chemische Produkte, wie Kraftstoffe oder Kunststoffe, ist CO-reiches Synthesegas ein wichtiger Ausgangsstoff. In einer neuartigen Pilotanlage erprobt die Linde AG am Standort Pullach ein neues Verfahren der trockenen Reformierung. Dazu haben die Wissenschaftler die klassische Dampfreformierung entscheidend verändert. Neben Methan und etwas Wasserdampf wird bei hohem Druck auch Kohlendioxid (CO 2 ) in einen Rohrreaktor geleitet. Bei Temperaturen zwischen 800 und 1.000 Grad reagiert das CO 2 mit dem Methan zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Das Verfahren ist energieeffizienter als die klassische Variante: Zum einen benötigt die Trockenreformierung sehr viel weniger Wasserdampf zur Verhinderung der Katalysatorverkokung, zum anderen wird das Synthesegas unter hohem Druck erzeugt, sodass eine vorlaufende Gasentspannung und im Anschluss an die Reaktion eine weitere Verdichtung entfällt. Ein weiterer Vorteil: Die Verwendung großer Mengen CO 2 . Dieses entsteht als Abfallprodukt in vielen industriellen Prozessen und kann nutzbringend eingesetzt werden, statt es an die Umwelt abzugeben. Durch den hohen CO-Anteil kann das Gas direkt für viele Syntheseprozesse eingesetzt werden, ohne dass zuvor Wasserstoff abgetrennt werden muss. Es konkurriert deshalb mit dem sogenannten Partialoxidationsverfahren, das durch die Reaktion von Methan mit Sauerstoff ebenfalls hohe Kohlenmonoxid-Anteile erreicht. Der benötigt Rein-Sauerstoff muss bei dieser Variante aber mit hohem Energieaufwand hergestellt werden. Nicht zuletzt besitzt der Dry-Reforming-Prozess vor allem bei kleinen und mittelgroßen Anlagen relevante Kostenvorteile gegenüber der partiellen Oxidation. Quelle BINE-Projektinfo 05/2016

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  • Kunststoffe für Schlüsseltechnologie der Zukunft

    Neue Materialien und Technologien ermöglichen flexible und transparente Displays. Quelle: Joanneum Research In der trendstarken Welt der Displaytechnologien sind innovative Materialien und Technologien entscheidend, um das Seherlebnis beispielsweise durch erhöhte Pixeldichte, besseren Kontrast, größere Formate und nutzerfreundliches Design zu steigern. Das Fraunhofer ISC bietet mit seinen neuen Materialentwicklungen im Bereich Optik und Elektronik ganz neue Anwendungsmöglichkeiten für die Displays der Zukunft. Um progressive Display-Technologien für die Massenproduktion tauglich zu machen, müssen kostengünstige, einfache Prozessverfahren unter Verwendung adaptierbarer, preiswerter Materialien entwickelt werden. Für wichtige Schlüsseldetails in der Display-Technologie fehlten jedoch bisher die geeigneten Lösungen. Herkömmliche, oft teure oder wenig flexible Materialien können nun durch Entwicklungen von Fraunhofer ISC ersetzt werden. Die anorganisch-organischen Hybridpolymere und Sol-Gel-Materialien des Fraunhofer ISC lassen sich mit nasschemischen Druckverfahren und Rolle-zu-Rolle-Verfahren unkompliziert und kostengünstig verarbeiten. Eine Verbesserung der optischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften eröffnen außerdem neue Anwendungen und Designmöglichkeiten im Bereich der flexiblen, transparenten und 3D Displays. Bisher fehlte für flexible Displays die Technologie, um das dazugehörige Touchscreen mit entsprechender Elektronik zu verwirklichen. Mit gedruckten quasi transparenten polymeren Piezosensoren von Fraunhofer ISC steht nun eine geeignete Technologie bereit, die im EU-Projekt »Flashed!« entwickelt wurde. Die Sensoren messen Verformungen beispielsweise beim Verbiegen flexibler Displays oder den Druck eines Fingers sowie, falls gewünscht, Temperaturunterschiede. Sie sind nahezu beliebig skalierbar und damit auch für große Formate einsetzbar. Herkömmliche Touch-Screens auf Basis von ITO können bei flexiblen Displays aus Stabilitätsgründen nicht verwendet werden. Über einfachen Siebdruck können die Sensorpasten auf PET-Folien oder andere Substrate aufgetragen werden. Neben Touchscreens lassen sich Passivierungsschichten und Isolatoren für Backplanes mit flexiblen und transparenten Materialien von Fraunhofer ISC herstellen, ebenso leitende und halbleitende Schichten. Als Alternative zu vakuumprozessierten Indiumzinnoxid (ITO) oder halbleitenden Metalloxiden können nasschemisch verarbeitbare Sol-Gel Materialien per Tauchen, Sprühen oder appliziert werden. Das Fraunhofer ISC kann auch im Zwischenaufbau, beispielsweise von OLED-Panels, geeignete Materialien bereitstellen. OLEDs sind zwar kostengünstig herzustellen und sparsam im Verbrauch, doch ein erheblicher Anteil des Lichts geht durch interne Streuverluste an zu rauen Grenzflächen mit Brechzahlhub zwischen leitfähiger Schicht und Substrat/Schutzschicht verloren. Mit einer auf Sol-Gel basierten glatten Schicht mit integrierten Streuzentren kann die Streuwirkung gezielt gesteuert und damit die Auskopplung des Lichts aus den OLED verbessert werden. So lässt sich die nutzbare Lichtausbeute je nach Aufbau deutlich auf über 50% erhöhen. Weitere Anwendungen zum besseren Lichtmanagement in Displays sind ebenfalls möglich. Im Bereich 3D und Virtual Reality gibt es noch viel Entwicklungspotenzial. Um die Technologie der holographischen, also möglichst lebensechten, dreidimensionalen Darstellungen voranzutreiben, setzen Hersteller auf neue Materialien und Verfahren. Das Fraunhofer ISC bietet Entwicklungen im Bereich der diffraktiven und holographischen optischen Elemente und 3D-Strukturierung mittels 2-Photon-Polymerisation. Das Laserdirektschreibverfahren auf Basis der 2-Photonen-Absorption (TPA) erlaubt eine nahezu willkürliche Mikrostrukturierung von Oberflächen und ist im Vergleich zu konventionellen 3D-Strukturierungsmethoden schnell, einfach und günstig. Poröse Schichten für Flüssigkristalle ermöglichen schaltbare optische Elemente in variabler Dicke für 3D Displays. Mit beiden Technologien könnte eine wirklichkeitsnahe, dreidimensionale Darstellung realisiert werden. Quelle Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

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  • Recycling heißt das Gebot der Stunde

    Thema des Monats Mai 2016 Von Guido Deußing Quelle: istock / yaruta Technologisch ist Kunststoffrecycling heute überhaupt kein Problem mehr. Inhouse-Recycling hat sich quer durch alle Branchen längst etabliert. Die abfallfreie Fabrik ist bei Kunststoffverarbeitern, die mit sortenreinen Rohstoffen arbeiten, eine Selbstverständlichkeit geworden. Auch für Post-Consumer-Abfälle gibt es immer ausgereiftere Verwertungskonzepte, wodurch die damit hergestellten Regranulate problemlos anstelle von Neuware eingesetzt werden können. Gerade in den letzten Jahren steigt insbesondere die Nachfrage nach Recompounds, eingefärbten und/oder verstärkten Granulaten, die aus 100 Prozent Reststoffen hergestellt wurden, enorm an. Trotzdem gilt es für die Branche noch so manche Hürde zu nehmen und manche Frage zu beantworten. Dabei stellen Wirtschaftlichkeit, optimierte Sammelkonzepte, politische Vorgaben, Verbraucherinteressen und -information sowie recyclinggerechtes Design von Kunststoffprodukten nur einige Kernthemen dar. Rund 125.000 Tonnen PVC-Abfälle, unter anderem Fensterprofile, werden pro Jahr in Europa stofflich wiederverwertet. Aus den Regeneraten lassen sich problemlos wieder Produkte für die Baubranche wie Profile und Rohre herstellen. Foto: Rewindo In der europäischen Kunststoffbranche arbeiteten laut dem Erzeugerverband Plastics Europe im Jahr 2014 1,45 Millionen Menschen in insgesamt 62.000 vorwiegend kleinen und mittelständischen Unternehmen, die einen Gesamtumsatz von 350 Milliarden Euro erwirtschafteten. Der Kunststoffverbrauch lag in der gesamten europäischen Branche bei 47,8 Millionen Tonnen, wovon mit 25,8 Millionen Tonnen mengenmäßig rund die Hälfte nach Benutzung auch wieder gesammelt wurde. Die Sammelquoten sind in den von Plastics Europe betrachteten 28 EU-Staaten plus Norwegen und der Schweiz weiterhin sehr unterschiedlich. Zwar wurde in den neun Ländern Belgien, Dänemark, Deutschland, Luxemburg, Niederlande, Norwegen, Österreich, Schweden und der Schweiz mittlerweile ein Deponie-Verbot für Kunststoffreststoffe ausgesprochen, aber in anderen Ländern liegen die deponierten Anteile mit bis zu 70 Prozent der gesammelten Reststoffe noch immer sehr hoch. Die Länder mit den höchsten Deponie-Anteilen sind Bulgarien, Griechenland, Kroatien, Malta und Zypern. Verglichen wird der Anteil der Kunststoffreste, die deponiert werden, mit den Reststoffen, die einer werkstofflichen oder thermischen Verwertung zur Energierückgewinnung zugeführt werden. In Summe werden von den gesammelten Reststoffen in Europa mittlerweile rund zwei Drittel einer Verwertung zugeführt, während 30,8 Prozent deponiert werden. Von den Kunststoffresten, die verwertet werden, wird mit 7,7 Millionen Tonnen wiederum die Hälfte werkstofflich recycelt und der Rest thermisch verwertet. Ziel muss es ein, die Menge der deponierten Kunststoffe in den kommenden Jahren deutlich zu reduzieren und mehr zu verwerten. Plastics Europe vergleicht die Menge der rund 8 Millionen Tonnen Kunststoffe, die europaweit derzeit noch deponiert werden, mit einem Volumen von 800 Eiffeltürmen. Experten fordern deshalb deutlichere politische Vorgaben in allen europäischen Ländern, eine bessere Aufklärung der Verbraucher zu einem nachhaltigen Umgang mit der Ressource Kunststoff und die Einführung optimierter, flächendeckender Sammel- und Sortiersysteme. Hauptfraktionen sind Polyolefine Polyolefine sind mit rund 9,5 Millionen Tonnen PP, 8 Millionen Tonnen PE-LD und PE-LLD sowie 6 Millionen Tonnen PE-HD und PE-MD mengenmäßig die am häufigsten verwendeten Kunststoffe in Europa, machen sie doch zusammen etwa die Hälfte des Gesamtverbrauches aus. Allein aufgrund der Menge und der vielen Anwendungsgebiete stellen die Polyolefine auch in den Recyclingströmen den Löwenanteil. Handelt es sich um sortenreine Reststoffe, so lassen sich diese hervorragend aufbereiten und dementsprechend gibt es zahlreiche Verwertungsbetriebe, die sich mit Polyolefin-Recycling beschäftigen. Sogar mancher Kunststoffverarbeiter geht heute einen Schritt weiter und betreibt neben dem Inhouse-Recycling und der direkten Rückführung seiner Produktionsabfälle eine eigene Regranulieranlage, um seine Abfälle zu Granulaten aufzubereiten. So auch die Polifilm Extrusion GmbH in Weißandt-Gölzau, die pro Jahr 25.000 Tonnen Regranulate hergestellt, um mit diesen Müllsäcke, Bau- und Landwirtschaftsfolien wirtschaftlicher zu produzieren. Die Trenntechnik Ulm GmbH hat in Memmingen eine maßgeschneiderte Anlage zur chemischen Trennung von PA/PE-Verbundfolien aufgebaut. Mit diesem Verfahren und einem geeigneten Lösungsmittel könnten zukünftig auch andere Rohstoffe zurückgewonnen werden. Foto: Trenntechnik Ulm Schwieriger ist es, wenn PE und PP-Gemische vorliegen, die sich aufgrund ihrer sehr ähnlichen Dichte schlecht voneinander trennen lassen, hier sind NIR-Trennverfahren heute Stand der Technik. PE und PP lassen sich aber auch gemeinsam zu hochwertigen Produkten wieder aufbereiten, wie die mtm plastics GmbH in Niedergebra mit ihren PE/PP-Regranulaten beweist. Auf die Aufbereitung der reinen PP-Fraktion hat sich die DSD Resource GmbH in Köln spezialisiert. „Wir setzen auf eine definierte reproduzierbare Ausgangsmischung, um definierte, reproduzierbare Regranulate in attraktiven Farben zu erzeugen“, erklärt der Geschäftsführer Dr. Michael Heyde. PET-Recycling etabliert, aber erweiterbar Knapp 7 Prozent des gesamten Kunststoffverbrauchs oder rund 3,1 Millionen Tonnen PET wird in Europa pro Jahr verbraucht, der Löwenanteil für die Herstellung von Flaschen. Insgesamt erreichen die 30 Länder in Europa eine durchschnittliche Sammelquote bei PET von 57 Prozent. So wurden im Jahr 2014 1,75 Millionen Tonnen Post-Consumer-PET-Abfälle gesammelt. Auch hier variieren die Sammelquoten sehr stark. Während Deutschland, Italien und die Schweiz rund die Hälfte des Gesamtvolumens sammeln, erreichen manche Länder nur eine Sammelquote von 10 bis 20 Prozent. Insgesamt freut sich die PET-Branche über steigende Sammelquoten, die gemäß PCI PET Packaging, Resins & Recycling Ltd. bis 2019 weiter um 3 bis 5 Prozent pro Jahr steigen sollen. Für viele Produkte, wie beispielsweise Müllbeutel, ist es heute schon zur Selbstverständlichkeit geworden, Rezyklate einzusetzen und damit sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll zu agieren. Foto: Polifilm Allerdings werden bisher fast ausschließlich Flaschen gesammelt, die in der Regel in eigenen Sammelsystemen erfasst werden. Obwohl es von Anfang an das Ziel war, die gesammelten Flaschen-Flakes in die Flaschenherstellung zurückzuführen, hat die Industrie Abnehmer in anderen Bereichen gesucht und gefunden. Insbesondere für Folienhersteller sind Post-Consumer-Flaschenflakes immer interessanter geworden, so dass sie 2014 mit 34 Prozent den größten Anteil der gesammelten Reststoffe in ihrem Industriezweig nutzten. Knapp 30 Prozent der Flakes wurden in Blasformanwendungen genutzt, 26 Prozent in der Faserindustrie und der Rest für Verpackungsbänder und andere Produkte. „Regranulate, die in Spritzgießanwendungen zur Herstellung neuer Flaschen für den Food- oder Nonfood-Kontakt nötig sind, werden derzeit weniger erzeugt, da die Preise für Virgin-Materialien stark gefallen sind“, erklärt Elfriede Hell, Leiterin der Sparte Recycling Technology beim österreichischen Anlagenhersteller Starlinger. Im Gegensatz zu den gebrauchten Flaschen landen Schalen und Folien nach Benutzung meist in der thermischen Verwertung oder gar auf Deponien. „Hier tut sich in der jüngsten Vergangenheit etwas. Wir haben einige Kunden, die sich speziell für Recyclingprojekte für Trays und Folien interessieren“, betont Elfriede Hell, die der Überzeugung ist, dass Verpackungen aus PET auch in Zukunft stark nachgefragt sind, da sie mit ihrer glänzenden und stylishen Optik die Bedürfnisse von Konsumenten und Marketing bestens erfüllen. Zum ersten Mal hat sich mit der deutschen Werner & Mertz GmbH ein Unternehmen mit dem Recycling von nicht bepfandeten PET-Flaschen und -Folien aus dem Gelben Sack beschäftigt. Im Rahmen seiner Recycling-Initiative hat das Unternehmen aus den PET-Reststoffen Regranulate für den Einsatz in Detergentien-Flaschen hergestellt. Allerdings konnte auch hier nur ein kleiner Anteil der Folien mitverarbeitet werden. PVC-Recycling erreicht hohe Verwertungsquoten Gerade das Recycling von PVC, einem Werkstoff, der aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften mit über 70 Prozent insbesondere in der Baubranche, aber auch im Verpackungs-, Möbel- und Medizinsegment nicht wegzudenken ist, hat sich in den vergangenen Jahren sehr positiv entwickelt. Laut einer von Plastics Europe beauftragten, sogenannten „Consultic-Studie“ lag der Bedarf für PVC im Jahr 2014 in Europa bei 4,9 Millionen Tonnen und ist damit nach PP und PE der am dritthäufigsten eingesetzte Kunststoff überhaupt. Mit 1,56 Millionen Tonnen wird rund ein Drittel des Gesamtbedarfs in Deutschland verarbeitet. Da PVC häufig in sehr langlebigen Produkten wie Fenstern, Rohren und Bodenbelägen zum Einsatz kommt, stehen pro Jahr „nur“ 650.000 Tonnen für eine Wiederverwertung zur Verfügung, wovon etwa 520.000 Tonnen aus Post-Consumer-Anwendungen kommen und 130.000 Tonnen Industrieabfälle sind. Die Verwertungsquote liegt für PVC-Abfälle bei 99 Prozent, nur 1 Prozent wird beseitigt. Von den 99 Prozent, die verwertet werden, werden wiederum 62 Prozent, also 396.000 Tonnen energetisch verwertet und der Rest wird werkstofflich rezykliert. Die durch werkstoffliches Recycling hergestellten PVC-Rezyklate finden insbesondere Einsatz im Bereich von Bau-Anwendungen, zum Beispiel wieder für Profile und Rohre, aber auch in Garten und Landwirtschaft. „Unsere Branche beschäftigt sich bereits seit über 25 Jahren mit dem Recycling von PVC, deshalb verfügen wir heute über ein sehr gut ausgebildetes Netzwerk“, so Thomas Hülsmann, Geschäftsführer der Arbeitsgemeinschaft PVC und Umwelt e.V., Bonn. Unter www.pvcrecylingfinder.de sind viele PVC aufbereitende Unternehmen aufgeführt. Wie wichtig der Branche das Recycling ist, drückt die europäische Selbstverpflichtung aus, die von den wichtigsten Kunststoffverbänden unterstützt wird. In der jüngsten Selbstverpflichtung „VinylPlus“ verpflichten sich die Unternehmen der Branche bis 2020 sogar 800.000 Tonnen Abfälle rohstofflich und werkstofflich zu verwerten. Damit sei die Branche zukunftsweisend und nachhaltig aufgestellt, so Hülsmann. Verbundstoffe sind für das Recycling oft verloren Während sich Post-Consumer-Produkte aus reinen Polymeren sehr gut aufbereiten lassen, sieht dies bei Verbundprodukten, die aus zwei oder sogar mehr Rohstoffen bestehen, ganz anders aus. Für ein werkstoffliches Recycling sind diese Abfälle meist verloren. Der Spritzgussartikelhersteller Gies GmbH & Co. Kunststoffwerk KG aus Niederaula stellt farbige Einkaufskörbchen zu 100 Prozent aus PP-Regranulaten der DSD Resource GmbH aus Köln her. Die Regranulate sind gut reproduzierbar und einzufärben. Foto: DSD Deshalb fordert Dr. Michael Scriba, mtm-plastics-Geschäftsführer und Mitglied bei Plastics Recyclers Europe (PRE) und im Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung (bvse), von vornherein ein recyclingfreundliches Design für Verpackungen, die einen Großteil der Post-Consumer-Abfälle ausmachen. Mit Hilfe des Programmes RecyClass (www.recyclass.eu) kann jeder Hersteller von Kunststoffverpackungen schnell und einfach überprüfen, ob seine Verpackung recyclingfähig ist. Ganz wichtige Aspekte sind dabei, möglichst auf Füllstoffe wie Kreide in PE- und PP-Verpackungen zu verzichten, Kunststoff-Papier-Verbunde zu vermeiden, nur mäßig zu pigmentieren und darauf zu achten, dass die Dichte von allen Produkten deutlich abseits von 1 g/cm3 liegt, damit eine Dichte-Trennung möglich ist. In der Branche gibt es gleichzeitig Bestrebungen, Verwertungskonzepte für gemischte Abfälle zu entwickeln. Einen sehr interessanten Ansatz verfolgt dabei die Trenntechnik Ulm GmbH, die ein chemisches Trennverfahren für PE/PA-Verbundfolien entwickelt und eine beispiellose Produktionsanlage mit einer Kapazität von 10 Tonnen/Tag aufgebaut hat. Endprodukte des Trennverfahrens sind ein mit Neuware vergleichbares Polyamid sowie ein Polyethylen, welches direkt mit Ruß eingefärbt wird, also ein Carbon-Black-Masterbatch in einer besonders reinen Form. Wie Geschäftsführer Wolfgang Zacherle betont, gäbe es für jeden Kunststoffverbund ein geeignetes Löse- und Trennmittel, so dass einer Ausweitung dieses Verfahrens auf weitere Verbundprodukte nichts im Wege stehe. Was am Ende zu sagen übrig bleibt Obwohl Recycling heute in aller Munde ist und auch in der Kunststoffbranche in vielen Projekten gelebt wird, konstatieren Experten immer wieder, dass im Vergleich zu anderen Branchen zu wenige Altkunststoffe anstelle von Neuware eingesetzt werden. Europaweit werden 50 Prozent Metallschrott in der Stahlherstellung wieder eingesetzt, gleiches gilt für die Papierbranche: 50 Prozent alte Papiere und Pappen werden in der Herstellung von Papieren und Pappen wieder eingesetzt. Für die extrusionsblasgeformte Spülmittel-Flasche aus Polyethylen setzt der Hersteller von ökologischen Reinigungsmitteln Ecover Belgium N.V. Kunststoffmüll ein, den Fischer aus dem Meer gesammelt haben. Foto: Ecover Bei Glas ist es mit 33 Prozent zwar etwas weniger, aber im Vergleich zu den Mengen, die in der Kunststoffbranche wieder eingesetzt werden immer noch sehr viel. Denn in der Kunststoffbranche werden erst rund 4 Prozent aufbereitete Altkunststoffe anstelle von Neuware zur Herstellung von Kunststoff-produkten wieder eingesetzt. Natürlich ist die Kunststoffbranche insgesamt eine junge Branche; Kunststoffe gibt es verbreitet seit den 1950er Jahren, seit den 1990er Jahren gibt es Verwertungskonzepte für Altkunststoffe und in dieser Zeit haben sich sowohl die Sammelsysteme als auch die technischen Möglichkeiten enorm weiterentwickelt. Wie diese neuen technischen Lösungen aussehen, davon kann man sich auf der K 2016, der weltweit führenden Fachmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie, vom 19. bis 26. Oktober in Düsseldorf überzeugen. Zahlreiche Aussteller präsentieren Maschinen und Anlagen zum Aufbereiten und Recycling, für sortenreine Abfälle ebenso wie für gemischte Abfälle und für Abfälle aus Gummi. Es ist also davon auszugehen, dass sich die Quoten in den kommenden Jahren weiter erhöhen werden, denn der Einsatz von Rezyklaten ist sowohl aus ökologischen als auch aus ökonomischen Gründen sehr gefragt. „Marine Litter“, die Verschmutzung der Meere mit Abfällen, hat den verantwortungslosen Umgang mit Abfällen vor allem in Schwellenländern weltweit sichtbar gemacht und die Forderungen anderer Konsumenten nach einem nachhaltigen Umgang mit Ressourcen befördert. Musterprojekte wie die „Ocean bottle“ sind dabei nicht nur sehr interessante Beispiele, sondern helfen die Öffentlichkeit, vor allem die Konsumenten für die Thematik zu sensibilisieren. Zur Herstellung dieser Ocean bottle hat die Ecover Belgium N.V. Fischer aus Großbritannien, Frankreich und Belgien angeworben, Flaschen aus den Meeren zu sammeln. Innerhalb eines Jahres kamen so 10 Tonnen Müll zusammen, deren PE-Fraktion nach Aufbereitung zu neuen PE-Spülmittelflaschen verarbeitet wurde.

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  • Polymertag 2016 – Biopolymere und Kunststoffe

    Quelle: Pixabay Das Institut für Angewandte Polymerchemie der FH-Aachen lädt ein zum "Polymertag" am Freitag, den 10. Juni 2016. Die traditionelle Tagungsreihe fokussiert sich seit der Institutsgründung und Einführung des Masterstudiengangs "Angewandte Polymerwissenschaften" auf die Bereiche Polymere und Kunststoffe. Mit weit über 100 Teilnehmerinnen und Teilnehmern jährlich, bietet der Polymertag neben Fachvorträgen aus Industrie und Wissenschaft vor allem den Absolventinnen und Absolventen die Gelegenheit mit früheren Kolleginnen und Kollegen aber auch dem Forschungsnachwuchs in Kontakt zu kommen. Dabei erhalten unsere Studierenden die Möglichkeit, Einblicke in die spätere Berufswelt zu erhalten und erste berufliche Kontakte zu knüpfen. Der Polymertag 2016 steht dabei ganz im Sinne der Nachhaltigkeit und widmet sich erstmals fast ausschließlich den Biopolymeren. Referenten aus Industrie und Hochschule beleuchten den Stand in Wirtschaft und Forschung und zeigen die vielversprechende Zukunft dieser Materialklasse auf. Zeit & Ort Freitag, 10. Juni 2016 | Beginn 10 Uhr FH-Aachen | Campus-Jülich Heinrich-Mußmann-Straße 1 | 52428 Jülich Hörsaal 00H01 im neuen Hörsaalgebäude gegenüber dem Auditorium Anmeldung Wir bitten um eine Anmeldung der Teilnehmer bis einschließlich 06.06.2016 vorab per Email. Bitte geben Sie die Namen der teilnehmenden Personen und deren Institutionen bzw. Studiengänge an. Senden Sie Ihre Nachricht an: thomas.waehlen@fh-aachen.de Teilnahmegebühr Die reguläre Teilnahmegebühr beträgt bei Voranmeldung 25 Euro und beinhaltet Getränke, Snacks und ein Mittagessen. Ohne Anmeldung steigt die reguläre Gebühr vor Ort auf 30 Euro. Studierende der FH-Aachen zahlen zur Teilnahme lediglich einen Unkostenbeitrag von 3 Euro nach Voranmeldung oder 5 Euro vor Ort. Bis zum 06.06.2016 können Sie entweder die Gebühr auf das unten angegebene Konto überweisen oder persönlich im Raum 00A32 bei Herrn Thomas Wählen in Bar bezahlen. Vor Ort müssen die erhöhten Gebühren in Bar bezahlt werden. Für Mitglieder des Födervereins ist die Teilnahme am Polymertag traditionell kostenfrei.

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  • Die Kunststoffe der Zukunft: Internationale Experten diskutieren auf der PolyMerTec in Merseburg

    Parallel zur Tagung zeigen führende Hersteller ihre neusten Geräte zu Kunststofftechnik, Kunststoffprüfung und Polymeranalytik. Quelle: Hochschule Merseburg/Peter Eichel Mehr als 300 Millionen Tonnen Kunststoffe werden pro Jahr produziert. Der überwiegende Teil davon sind Polymere wie Polyethylen, PVC oder PET – sie zählen damit zu den weltweit wichtigsten Werkstoffen. Wie leistungsstarke neue Polymere entwickelt werden können, wie die Materialien zuverlässiger werden und welche Herausforderungen durch Trends wie 3D-Druck und Leichtbau auf Forschung und Industrie zukommen, diskutieren internationale Experten vom 15.-17. Juni 2016 auf der Fachtagung PolyMerTec in Merseburg. »Zur Premiere der PolyMerTec im Jahr 2014 konnten wir mehr als 300 Teilnehmer aus 13 Ländern begrüßen. Das zeigt die große Bedeutung der Forschungsfragen und das internationale Renommee unseres Standorts. Ich freue mich deshalb sehr auf die zweite Auflage mit angeregten wissenschaftlichen Diskussionen und der Möglichkeit, viele neue Kontakte zu knüpfen«, sagt Prof. Dr.-Ing. Beate Langer von der Hochschule Merseburg, die gemeinsam mit Prof. Dr. Peter Michel die wissenschaftliche Leitung der Tagung übernommen hat. Auf die Teilnehmer warten mehr als 100 Vorträge von Experten aus Industrie und Wissenschaft, die die gesamte Wertschöpfungskette von der Polymersynthese und Kunststoffentwicklung bis hin zur Materialdiagnostik und dem fertigen Kunststoffprodukt in den Blick nehmen. Parallel findet das Problemseminar »Deformation und Bruchverhalten von Kunststoffen« statt, das sich in das Programm der PolyMerTec integriert. In einer Ausstellung präsentieren Firmen auf dem Hochschulcampus Merseburg ihre neusten Produkte aus Kunststoffanalytik und -prüfung. »Kunststoffe werden immer wichtiger und verdrängen in vielen Bereichen andere Materialien. Auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit spielen sie eine zentrale Rolle, wie beispielsweise Leichtbau-Lösungen im Automobilbau oder die Anwendung für Solartechnologien zeigen«, sagt Michel, der am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle das Geschäftsfeld Polymeranwendungen leitet. »Neue Ansätze wie nanostrukturierte Polymersysteme, biobasierte Werkstoffe oder Rapid Prototyping bieten hier viele Möglichkeiten für die Industrie, bringen aber auch entsprechenden Forschungsbedarf mit sich.« Neben seiner Tätigkeit am Faunhofer-Institut vertritt Prof. Michel die Lehre auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung im Bachelor-Studiengang Kunststofftechnik sowie im Masterstudiengang Polymer Materials Science der Hochschule Merseburg. Die Ausbildung in diesen Studiengängen ermöglicht es den späteren Bachelors of Engineering und Mastern of Science, eine Tätigkeit in der innovativen Kunststoff-Branche aufzunehmen. Die Vorträge der PolyMerTec, die federführend vom Kunststoff-Kompetenzzentrum Halle-Merseburg und der Hochschule Merseburg veranstaltet wird, gehen diesen Fragestellungen mit ingenieurwissenschaftlicher Orientierung nach. Themen sind beispielsweise Alterungsprozesse in Kunststoffen, neue Mess- und Prüfmethoden zur Prozessüberwachung, Schadensanalyse von Kunststoffprodukten oder Kunststoffrecycling. Quelle, weitere Informationen und Programm Polymertec – Hochschulcampus Merseburg

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  • Kunststoffe auf dem Prüfstand: Neue Analytik charakterisiert Harze und Härter

    Wissenschaftler des Fraunhofer LBF haben eine Analytik erarbeitet, mit der sie die ver-wendeten Harze und Härter in Duromeren erstmalig chemisch charakterisieren können. Quelle: Fraunhofer LBF Duromere konnten sich in den vergangenen Jahrzehnten zu Hochleistungswerkstoffen entwickeln. Zu verdanken haben sie dies hauptsächlich den eingesetzten Harzen und Härtern. Da Duromere nicht löslich sind, existierte bisher keine passende analytische Methode, um an Informationen über die chemische Zusammensetzung dieser zentralen Bausteine zu kommen. Diese Information ist aber essentiell, wenn Schäden analysiert und neue Produkte entwickelt werden sollen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, haben eine Analytik erarbeitet, mit der sie die verwendeten Harze und Härter in Duromeren erstmalig chemisch charakterisieren können. Zur Identifizierung der verwendeten Harze und Härter haben die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF die „Matrix-freie Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry“, kurz LDI-ToF-MS evaluiert. Bei diesem Ansatz „sprengen“ die Wissenschaftler mit einem intensiven Laserimpuls Fragmente aus dem Netzwerk des Duromers heraus. Die Massenzahlen der Fragmente erlauben ihnen dann Rückschlüsse auf die eingesetzten Harze und Härter. Ausgehend von einer Auswahl industriell relevanter Epoxidharze und Härter stellten die Forscher gehärtete Modellharzsysteme her. Lösungsmittel, Konzentration und die Art der Auftragung der erhaltenen Suspension auf den Probenträger optimierten sie so, dass sie reproduzierbare und von Signalen des Probenträgers freie LDI-ToF-MS-Spektren erhielten. Durch ein systematisches Kombinieren von Harz und Härtern gelang es, generell spezifische Peaks für die untersuchten Harze und Härter zu identifizieren und eine Spektren-Datenbank aufzubauen. Anschließend untersuchten die Wissenschaftler gehärtete Epoxidharze, die aus einem Härter und zwei Harzen hergestellt wurden. Es zeigte sich, dass sich beide Harz-Komponenten nebeneinander bis zu einem Mindestanteil von zehn Prozent nachweisen ließen. Abschließend belegten die Darmstädter Kunststoff-Spezialisten in einer Konzeptstudie, dass sich das verwendete Harz und die Art des Härters eines kommerziellen 2-Komponenten-Klebers mit der erarbeiteten Spektren-Datenbank erfolgreich identifizieren lassen. Erstmals konnte das Fraunhofer LBF mit diesen Arbeiten belegen, dass auch nach Aushärtung Informationen über die eingesetzten Härter und Harztypen zu gewinnen sind. Mit der LDI-ToF-MS steht nun eine Analytik zur Verfügung, die es kunststoffverarbeitenden Unternehmen und Anwendern ermöglicht, ihre Duromere am Fraunhofer LBF charakterisieren zu lassen. Auf diese Weise ergeben sich im Schadensfall neue Wege bei der Ursachenfeststellung, beispielsweise ob die eingesetzten Harze oder Härter bei einem Materialversagen mit der Ausgangscharge chemisch identisch sind. Darüber hinaus können Unternehmen ihre Produkte verbessern oder neuartige Duromere entwickeln. Quelle Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

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  • Kunststofffüllung rettet Elefantenstoßzahn

    Foto: istock / Guenter Guni Die Stoßzähne eines Elefanten sind stark, aber nicht unzerstörbar. Stoßzähne können unter enormen Belastungen Schaden nehmen und reißen. Ein Riss kann letztlich zum Verlust des Zahns und zu einer gesundheitlichen Beeinträchtigung des Tieres führen. US-amerkanische Wissenschaftler haben dagegen eine innovative Lösung entwickelt und am lebenden Objekt erprobt: Indem sie eine großen Riss mit einem Kunststoffverbundwerkstoff schlossen, retteten US-amerikanische Tierärzte einem 35jährigen Elefanten wohlmöglich dem Stoßzahn und vielleicht auch Leben. Jeden Tage werden in Afrika Schätzungen zufolge rund 100 Elefanten wegen ihrer Stoßzähne getötet. Elfenbein ist kostbar, der Handel damit aber verboten. Dennoch floriert das Geschäft mit den Stoßzähnen getöteter Nashörner und Elefanten auf dem Schwarzmarkt. Das Leben eines Elefanten wird nicht allein durch die Tod bringende Kugel aus dem Gewehrlauf eines Wilderers bedroht, der das große Geschäft mit dem Elfenbein wittert. Gefahr lauert an ganz anderer Stelle, namentlich im Mikrokosmos, wenn Krankheitskeime in den Riss eindringen und der Stoßzahn sich entzündet. Vor einem ähnlichen Schicksal bewahrten Tierärzte möglicherweise den 35jährigen Bulwagi, einem im Zoo von Birmingham im US-Bundesstaat Alabama lebenden afrikanischen Elefanten. Ein Stoßzahn war tief eingerissen, was bei großer Belastung, etwa durch heftiges Reiben an Bäumen, Transportieren von Holzstämmen oder in Folgen von Kampfhandlungen mit Artgenossen, passieren kann. Während kleinere Risse in der Regel kein Problem darstellen, können große, tiefe Einrisse zum Verlust des ganzen Stoßzahns führen. Ohne adäquate Behandlung, hier gleichen sich Elefant und Menschen, kann ein angerissener, verletzter Stoßzahn zum Ziel von Fäulnisbakterien werden. Vergebliche Versuchen mit Gips Ein eingerissener Stoßzahn ist auf offenes Tor, durch dass Schadkeime in den Organismus des Elefanten einfallen und die Gesundheit des Tieres beeinträchtigen können. Quelle: UAB. Viele Male hatten Bulwagis Tierpfleger bereits versucht, den Riss durch Anlegen eines Gipsverbands zu reparieren – ohne nennenswerten Erfolg. Der Elefant schrubbelte sich den Verband ab und fraß ihn zum Teil, berichtet Richard Sim, einer der Tierärzte des Zoos. Der Riss wurde größer und die Zooleitung beschloss, einem in diesem Fall klassischen Prozedere zu folgen. Der Notfallplan sah vor, den Riss durch anlegen einer Metallmanschette zu stabilisieren. Diese Maßnahme lässt sich ansatzweise mit dem Anbringen einer Krone über einen gebrochenen Zahn vergleichen. Mit dieser Aufgabe betraut wurde Dr. Brian Pillay vom "Processing and Applications Development Center" an der University of Alabama in Birmingham. Doch statt dem üblichen Prozedere zu folgen, fragte sich Dr. Pillay, ob es nicht eine bessere Möglichkeit gebe. Denn um eine Metallmanschette befestigen zu können, muss der Zahn an mehreren Stellen angebohrt und die Manschette anschließend mit Schrauben montiert werden, um ein Verrutschen zu verhindern. Diese Vorgehensweise würde eine zusätzliche Verletzung des Zahnes bedeuten. Abgesehen davon würde ein Metallring am Stoßzahn mehr Gewicht bedeuten und zudem wäre es keine wirklich hübsche Applikation. Ein Hoch auf Kunststoffverbundmaterialien Bulwagi mit seinem reparierten Stoßzahn nach der Behandlung. Bild: Katherine Shonesy/UAB Dr. Pillays Profession ist es, Metalle in der Anwendung durch neue Materialien und Technologie zu ersetzen. Nicht anders sollte es auch im Fall der Reparatur des Stoßzahns geschehen. Der Wissenschaftler erwog den Einsatz eines Verbundwerkstoffs bestehend aus Glas- und Kohlenstofffasern und einem Kunststoffharz, wie er auch im Brücken-, Flugzeug- und Automobilbau zum Einsatz kommt. Obgleich Dr. Pillay beim Einsatz von Verbundwerkstoffen auf Kunststoffbasis über einen reichaltigen Erfahrungsschatz verfügt, erwies sich diese für ihn erste zahnmedizinischen Anwendung als Herausforderung. „Der Stoßzahn weist keine durchgehende Querschnittsfläche auf, sondern verjügt sich“, erklärt Dr. Pillay. Die Entwicklung dauerte einige Monate und wurde vor der Anbringung an den Stoßzahn auf PVC-Rohre getestet, um die Behandlungsdauer gering zu halten und das Tier nicht über Gebühr zu belasten. Zwei Stunden dauerte der Eingriff: Unter der Leitung von Dr. Pillay platzierten die Zoomitarbeiter die Kohlenstofffasern Schicht für Schicht auf dem Stoßzahn rund um den Riss. Bei einer typischen industriellen Anwendung wäre das Epoxidharz schichtweise aufgetragen worden, um eine bessere Verbindung der Fasern zu gewährleisten. Das aber wäre zu zeitaufwendig gewesen, sagt Tierarzt Sim. Stattdessen wurde eine Unterdruckpumpe eingesetzt, um das Epoxid aus einem Vorratsbehälter anzusaugen und in die Kohlenstofffasern einzuspritzen. So konnte das Epoxid innerhalb von Minuten in das Material aufgenommen werden und einen harten, widerstandsfähigen, undurchlässigen Panzer ausbilden. Drei Monate später ging es Bulwagi, seinem Stoßzahn sowie dem Verband aus Verbundmaterial bestens. „Ich glaube nicht, dass er (Bulwagi) eine Veränderung bemerkt hat”, schätzt Tierarzt Sim. Das Tier jedenfalls schenke der Veränderung an seinem Stoßzahn jedenfalls keine große Aufmerksamkeit. Heißt, der Verband habe bereits einige Belatungen aushalten müssen, etwa wenn Bulwagi seinen Stoßzahn kräftig an andere Gegenständen rieb. Zeichen, dass der Panzer hält. Ungeachtet der stabilen, kosmetisch unauffälligen Lösung kam sie für Bulwagi vielleicht zu spät: Offenkundig habe sich der Stoßzahn bereits vor der Behandlung entzündet, berichtet Tierart Sim. Der Stoßzahn stehe daher unter strenger Beobachtung, falls weitere Eingriffe notwendig seien. Dennoch, selbst wenn Bulwagi seinen Stoßzahn wohlmöglich doch verlieren könnte, profitierten andere Elefanten mit vergleichbaren gesundheitlichen Problen von der innovativen Lösung auf Kunststoffbasis, sind Sim und Pillay überzeugt. Die Akzeptanz in Fachkreise sei jedefalls sehr groß; einige Zoos hätten bereits nachgefragt. Pillays Studententeam ist noch mit der Verfeinerung der eingesetzten Materialien beschäftigt. Ein Dokumentatin sei in Planung, in dem Tierärzten rund um die Welt erklärt werde, wie sie die Methode selbst anwenden können. „Auf diese Weise können wir Elefanten nicht nur in Zoos helfen, sondern auch wildlebenden Elefanten, ohne die Stoßzähne zu entfernen“, sagt Dr. Pillay. Zudem sehe der Wissenschaftler weitere Anwendungsmöglichkeiten bei Tieren mit Körperpanzern bewehrte Tier, den harte Schale Schaden genommen habe. Allerdings fehle es hier noch an Forschung. (GD) Quelle [1] University of Alabama at BirminghamSchool of Engineering

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  • Dufte Sache: Nylon aus flüchtigen Verbindung

    Thema des Monats April 2016 Von Guido Deußing Quelle: istock / ArtMarie Die Kunststoffherstellung ist ein Arbeitsgebiet, auf dem sich nicht nur Chemiker, Verfahrenstechniker oder Maschinen- und Anlagenbauer tummeln. Der Trend zur mehr Nachhaltigkeit und dem Einsatz natürlicher Ressourcen hat zu einer Interdisziplinierung dieses Forschungs- und Anwendungsbereichs geführt. Mehr und mehr Experten anderer Disziplinen, etwa der Biologie oder der Biotechnologie, liefern inzwischen wertvolle Beiträge zur Entwicklung nachhaltiger Kunststoffe. Sina Weidenweber und Ulrich Ermler vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt und Robert Marmulla und Jens Harder vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen etwa ist es gelungen, die räumliche Struktur eines Enzyms sowie dessen Bindung an bestimmte Pflanzenduftstoffe, sogenannte Terpene, aufzuklären, aus denen sich die erforderlichen Bausteine für die Herstellung von zum Beispiel Nylon und anderen Polymermaterialien gewinnen lassen. Weltweit arbeiten Forscher daran, den Rohstoffbedarf der Kunststoff- und Kautschukindustrie mehr und mehr aus nachhaltigen Quellen zu befriedigen. Für die Kunststoffsynthese braucht es Kohlenwasserstoffverbindungen, die vorwiegend aus Erdöl gewonnen werden; aus Erdöl lassen sich nahezu alle Stoffe der organischen Chemie herstellen. Das grundlegende Verfahren ist wohlbekannt und etabliert. Erdöl ist jedoch nicht die einzig verwertbare Rohstoffquelle. Hierzu taugt de facto die gesamte Biomasse, das heißt der Rückstand tierischen und pflanzlichen Lebens – Basis aller fossilen Brennstoffe. Butadien und Isopren: wichtige Zwischenstoffe in der Kunststoffproduktion Anlage zur Verarbeitung von Erdöl. Quelle: istock /zorazhuang Butadien und Isopren sind Zwischenprodukte in der Herstellung von Nylon, hochschmelzenden Kunststoffen (ABS-Polymere) und Gummi. Bislang wird Butadien aufwendig durch Spaltung von Erdöl erzeugt. Mehr als zehn Millionen Tonnen Butadien und Isopren werden Schätzungen zufolge jährlich unter einem erheblichen Einsatz von Energie aus fossilen Brennstoffen erzeugt; der Markt soll 15 Milliarden Euro schwer sein, heißt es in einer Pressemeldung zum Thema vom Max-Planck-Institut. Hohe Ölpreise und die wachsende Nachfrage lösten bereits vor Jahren eine Suche nach alternativen Herstellungsmethoden und Rohstoffquellen für die Kunststoffproduktion aus. Untersucht wurden unter anderem nachhaltige Ressourcen, darunter nachwachsende Rohstoffquellen sowie verwertbare Rückstände von Pflanzen und Lebensmitteln. Die letzten Beiträge der Rubrik „Thema des Monats“ beleuchteten unterschiedliche Forschungsaktivitäten Ätherische Öle – interessanter Ansatz für die Gewinnung nachhaltiger Kunststoffe Auf die Suche nach einer weiteren attraktiven Alternative begaben sich Sina Weidenweber und Ulrich Ermler vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt gemeinsam mit Robert Marmulla und Jens Harder vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen. Die Forscher nahmen pflanzliche Duftstoffen sowie ätherische Öle unter die Lupe, die chemisch betrachtet zu den Terpenen beziehungsweise Monoterpenen und Monoterpenalkoholen zählen. Es handelt sich um natürliche Kohlenwasserstoffverbindungen, wie sie als Zutat für die Kunststoffherstellung benötigt werden [1]. Blicken wir einmal auf die chemischen Details; sorry, aber ohne einige wenige naturwissenschaftliche Grundlagen geht es nun mal nicht. Terpene respektive Monoterpene sind der Hauptbestandteil von ätherischen Ölen wie Eucalyptusöl oder Pfefferminzöl. Monoterpene werden natürlicherweise in Pflanzen produziert; die sekundären Pflanzenstoffe sie fallen im Rahmen des Stoffwechsels an und erfüllen unterschiedliche Funktionen. Aals leichtflüchtige Duftstoffe abgegeben, lockt die Pflanzen Bestäuber an oder wehrt damit Feinde ab. Monoterpene begegnen uns nicht allein etwa im typischen Rosenduft, er wird nachhaltig von der Verbindung Geraniol geprägt, oder im markant riechenden Tannenwald. Terpene begegnen uns ständig im Alltag. Sie sind in Nahrungsmitteln enthalten und werden als Ingredienz in Arzneien und Kosmetika eingesetzt. Ein bekannter Vertreter, das Limonen, ist nicht nur, wie der Name vermuten lässt, in Zitrusfrüchten enthalten, sondern auch in Kümmel, Koriander und zahlreichen anderen Pflanzen. Dieser Naturstoff wird oft als Lösemittel eingesetzt und kann so in Reinigern und Lacken gefunden werden. Interessanter Einblick in Struktur und Aufbau von Terpenen Molekülstruktur von Isopren. Tauchen wir ein in die chemische Struktur von Terpenen, die vermutlich, darauf deutet alles hin, künftig mehr und mehr für Polymerforscher an Bedeutung gewinnt. Ein Grundbaustein von Terpenen bildet das Isopren; dieses Molekül ist mit fünf Kohlenstoff- und acht Wasserstoffatomen (C5H8) ein klassischer Vertreter der für die Kunststoffherstellung interessanten Kohlenwasserstoffverbindungen. Monoterpene bestehen aus zwei Isopren-Molekülen (C10). Andere Terpene wiederum setzen sich aus noch mehr dieser Basismoleküle zusammen, zum Beispiel Sesquiterpene aus drei (C15) oder Triterpene aus sechs (C30) Kohlenstoff- und entsprechend vielen Wasserstoffatomen. Das Angebot, das Mutter Natur den Forschern offeriert, ist reichhaltig: Hunderte Monoterpene sind inzwischen bekannt und aufgeschlüsselt. Polymerforschern öffnet sich hier ein riesiges Experimentierfeld – das noch hinreichend lange bearbeitet werden muss, bis Terpene den Grundstock im Industriemaßstab hergestellter Kunststoffe bilden. Einen wichtigen Schritt haben die Max-Planck-Forscher getan. Weg aus der Natur ins Labor und in die industrielle Anwendung Struktur der Linalool Dehydratase/Isomerase. Fünf identische Proteine bilden eine fünfgliedrige Rosette. In schwarz sind die gebundenen Substrate des Enzyms dargestellt. Abbildung: Sina Weidenweber und Ulrich Ermler, Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt Die Herstellung von Monoterpenen erfolgt, so ist der Kenntnisstand, innerhalb der Pflanze im Zuge hinreichend aufgeschlüsselter Stoffwechselprozesse. Die Umsetzung eines etwa nach Rosen duftenden Terpens namens Geraniols in das nach Koriander riechende Coriandrol ((S)-Linalool) und weiter in Myrcen, das dem Hopfen seinen unverwechselbaren Geruch verleiht, geschieht allerdings nicht einfach so, sondern erfordert den Einsatz einen Katalysators. Eigenschaft eines Katalysators ist es, sich an eine Verbindung zu heften, dadurch seine chemische Eigenschaften dahingehend zu modulieren, dass Mutter Natur weniger Energie und Aufwand investieren muss, um besagte Verbindung zu verändern beziehungsweise zu verstoffwechseln. Währenddessen bleibt der Katalysator völlig unverändert und kann seine Aufgabe an anderer Stelle immer wieder und wieder ausführen. Im tierischen und pflanzlichen Organismus übernehmen Enzyme die Aufgabe als Biokatalysatoren. Im oben genannten Beispiel der Umwandlung von Geraniol in Myrcen handelt es sich um die sogenannte Linalool-Dehydratase-Isomerase. Dieses Enzym sei jedoch auch in der Lage, schreiben die Wissenschaftler [1], aus unterschiedlichen Produkten von Fermentationsprozessen, sprich Gärungsprozessen, Ausgangsstoffe wie das Isopren oder Butadien herzustellen. Die Biotechnologie produziert zum Beispiel unter Einsatz modifizierter Bakterien, Pilze oder Hefen in großen Fermentationsanlagen zum Beispiel Wirkstoffe, die üblicherweise vom menschlichen, tierischen oder pflanzlichen Organismus produziert werden. Künftig werden sich in die Reihe der biotechnologischen Erzeugnisse aus Ausgangsstoffe für die Kunststoffherstellung gesellen. Der Lösung näher gerückt Struktur der Linalool Dehydratase/Isomerase. Fünf identische Proteine bilden eine fünfgliedrige Rosette. In schwarz sind die gebundenen Substrate des Enzyms dargestellt. Abbildung: Sina Weidenweber und Ulrich Ermler, Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt Einen wichtigen Schritt in diese Richtung haben zumindest Sina Weidenweber und Kollegen unternommen, indem es ihnen gelungen ist, die Struktur des Enzyms Linalool-Dehydratase-Isomerase und dessen Art und Weise, sich an Moleküle zu binden, aufzuklären. Die katalytischen Fähigkeiten der Linalool-Dehydratase-Isomerase sei für diese Aufgabe jedenfalls bestens geeignet, urteilen die Wissenschaftler. Aufbauend auf der Entdeckung des Enzyms durch Bremer Forscher im Jahre 2010 lägen inzwischen zahlreiche Patentanträge und Patente zur Nutzung dieses Enzyms bei der Herstellung von Butadien und Isopren vor. Literatur [1] Sina Weidenweber, Robert Marmulla, Ulrich Ermler und Jens Harder, X-ray structure of linalool dehydratase/isomerase from Castellaniella defragrans reveals enzymatic alkene synthesis , FEBS Letters 2016, doi 10.1002/1873-3468.12165

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