25.07.2023
Alternativ und klimaschonend Exklusiv für K-MAG Quelle: istock / Grassetto 24.04.2021 Ressourcen sparen ist in, ihre Verschwendung out. Der Zeitgeist atmet Nachhaltigkeit, verlangt nach einer Kreislaufwirtschaft. Was aber, wenn sich Produkte nur schwer vollständig recyceln und in den Werkstofffluss zurückführen lassen? So, wie es bei Autoreifen lange Zeit der Fall war? Gute Ideen und Innovationskraft sind gefragt. Die Erfindung des luftgefüllten Gummireifens [LINK: TDM] lässt sich als Ausgangspunkt unseres vielseits geliebten Individualverkehrs bezeichnen. Mobilität, wie wir sie kennen und schätzen, ob mit Verbrennungsmotor oder Elektroantrieb, wäre ohne Gummi undenkbar. Allerdings unterscheiden sich moderne Autoreifen erheblich von den ersten fahrbaren Pneus. Mögen beide farblich gleich schwarz daherkommen, was dem Ruß zuzuschreiben ist, das dem Polymermaterial zugesetzt wird: Moderne „Schluppen“ sind Hightech-Produkte, deren Existenz nicht zuletzt der Kautschukforschung zu verdanken ist. Allerdings hat sie eines noch nicht erreicht: Reifen spurlos altern zu lassen. Oberstes Ziel ist es, Sicherheit und körperliche Unversehrtheit zu wahren und es den Beamten zu ermöglichen, rasch und flexibel auf neue Situationen und Gefahrenlagen zu reagieren. Kunststoffe spielen dabei eine wichtige, wenn nicht gar zentrale Rolle. Rollende Reifen und die Folgen Physikalische Kräfte, die zwischen Fahrbahnoberfläche und Reifen wirken, erzeugen einen Materialverlust, der auf beiden Seiten. Am Reifen ist der Abrieb an der sich abnutzenden Profilierung erkennbar. Das Leben eines Autoreifens ist folglich endlich bemessen. Allerdings lassen sich verschlissene Pneus je nach Abnutzungsgrad Runderneuern und als Gebrauchtreifen vermarkten, danach aber ist der Nutzungshorizont erreicht: Jahr für Jahr fallen in der Europäischen Union rund 3,4 Millionen Tonnen (in Deutschland rund 600.000 Tonnen) Altreifen (engl. End-of-Life Tires, EFT) an, die in Ermangelung einer alternativen Verwendung lange Zeit deponiert wurden, was heutzutage per Gesetz untersagt ist. Altreifen sind sinnvoll zu verwerten. [1] Quelle: istockphoto / Toa55 Aufbau moderner Autoreifen Moderne Autoreifen sind wahre Hightech-Produkte, die nicht aus einem Stück gefertigt, sondern komplex aufgebaut sind. Die Lauffläche des Reifens etwa ist aus einer speziellen Gummimischung gefertigt, deren Zusammensetzung je nach Verwendungszweck (Sommer- oder Winterreifen) variiert. Die Seitenwand des Reifens wiederum besteht aus einer anderen Gummimischung. Ihre Aufgabe ist es, das tragende Gerüst des Reifens, zu schützen: die Karkasse. Sie besteht meist aus mehreren übereinanderliegenden, quervernetzten Gewebeschichten. Je nach Reifenart besteht das Gewebe aus Kunstfasern, Rayon oder auch aus Stahlcorden, wie es bei Pkw-Radialreifen üblich. Im Gummi eingebettete Stahlgürtel verhindern, dass sich der Reifen bei hohen Geschwindigkeiten ausdehnt und verformt und einen optimalen Rollwiderstand behält. Gespannt wird die Karkasse durch den Innendruck. Auf der Innenseite wird Butylkautschuk aufgebracht, der den Reifen luftdicht verschließt. Last, but not least wird der Reifen mit einem gummiummantelten Stahlkern mit der Felge verbunden, die für die Montage am Fahrzeug unerlässlich ist. Was mit Altreifen geschieht Quelle: istock / blyjak Altreifen beziehungsweise die hierin enthaltenen Materialien werden sowohl rohstofflich, werkstofflich als auch energetisch verwertet. Wie dabei vorgegangen wird, beschreibt das Umweltbundesamt auf seiner Homepage wie folgt: „Aufgrund bestehender Qualitätsanforderungen erfolgt der Einsatz von Recyclingmaterial bei der Herstellung von Neureifen nur in geringem Umfang. Bei der Herstellung von Reifen wird das weitgehend irreversible Verfahren der Vulkanisation angewendet, um aus einer Rohkautschukmischung ein widerstandsfähiges und elastisches Produkt zu erhalten. In der gummiverarbeitenden sowie der Zementindustrie werden die Materialien von Altreifen vorwiegend energetisch und rohstofflich verwertet. So geht mit der Verbrennung von Altreifen in der Zementindustrie mit der Nutzung des Energieinhalts auch ein stofflicher Nutzen einher. Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen bei der Klinkerherstellung verbrennen die Reifen fast vollständig. Neben Natur- und Synthesekautschuk oxidieren auch Ruß und die enthaltenen Stahleinlagen. Die verbleibenden Verbrennungsrückstände gehen als Zusatzstoffe in den Klinker über und werden anstelle von Primärrohstoffen Bestandteil des Zements. Gummigranulat aus Altreifen findet auch werkstoffliche Anwendung bei der Produktion von Einstreumaterialien und Gummiformteilen für Sportanlagen wie Kunstrasenfüllung, Spielfelder, Tennisplätze und Laufbahnen, der Herstellung elastischer Gummimatten sowie von Platten zur Isolierung oder Abdichtung. Darüber hinaus werden sie als Zusatzstoff im Asphalt eingesetzt, um Verkehrsgeräusche zu mindern. Der bei der mechanischen Aufbereitung der Altreifen freigesetzte Reifendraht wird der Stahlindustrie zugeführt.“ [4] Verwertung von Kunststoff- und Kautschukabfällen Energetische Verwertung: Polymerbasierte Produkte, die ihren Lebenshorizont überschritten haben, werden verbrannt und der ihnen innewohnende erdöl- und erdgasähnliche Energiegehalt freigesetzt. Werkstoffliche (materielle) Verwertung: Gebrauchtkunststoffe (Thermoplaste) werden ein- beziehungsweise umgeschmolzen und daraus Sekundärrohstoff erzeugt, der sich für die Herstellung neuer Produkte eignet. Handelt es sich um sortenreine Werkstoffe wie PET, taugen sie bis zu einem gewissen Maß zur Herstellung neuer gleich- oder höherwertiger Erzeugnisse (Upcycling). Durch einen vermehrten Einsatz oder wenn es sich um verfärbte, stark verschmutze Kunststoffe oder Mischungen verschiedener Thermoplaste handelt, lassen sich daraus in der Regel nur noch geringerwertige Produkte herstellen (Downcycling). Rohstoffliche (chemische) Verwertung: Durch eine unter Sauberstoffreduktion durchgeführte thermische Behandlung (Pyrolyse) lassen sich Kunststoffe (Polymere), auch Kunststoffmischungen, in ihre chemischen respektive niedermolekularen Bestandteile und Ausgangsstoffe (Monomere) sowie anderweitig petrochemisch verwertbare Stoffe wie Methanol oder Synthesegase zerlegen. Zurückgewonnene reine Monomere lassen sich zur Herstellung neuer Kunststoffe einsetzen. Apropos: Um gemischte thermoplastische Kunststoffabfälle vorzubereitet, lassen sie sich im einem Extruder unter Einfluss von Wärme- und mechanischer Energie sowie katalytisch unterstützt in eine niedermolekulare und damit niedrigviskose heterogene Polymerschmelze überführen, die durch weitere Behandlung in eine homogene Flüssigkeit, einen Öl oder Wachs sowie zu einem Granulat umgewandelt wird und sich dadurch auf die eine oder andere Art als wertvolles Rezyklat eignet. [2, 3] Problemfaktor Klimagase Mögen bestehende Vorgehensweisen zur Weiterverwertung von Altreifen funktional sein: das heißt nicht, dass sie effizient und umwelt- respektive klimafreundlich sind. Die thermisch Verwertung etwa setzt erhebliche Menge Kohlendioxid (CO 2 ) frei, das als Treibhausgas den Klimawandel begünstigt. Laut Pariser Klimaschutzabkommen der Vereinten Nationen (UN) kollidiert die Emission von Klimagasen mit dem Ziel, die Erderwärmung auf maximal zwei Grad Celsius zu beschränken [5]. Emissionsarme, klimafreundliche Verwertungsalternativen für Altreifen sind daher gefragt. Patentierter Pyrolyseprozess Mit der Lösung der Hausforderung hat sich auch Klaus-Peter Schulz, ein Maschinenbauingenieur und Erfinder, beschäftigt – erfolgreich, worauf das von ihm angemeldet Patent eines „Thermalreaktors“ dokumentiert; die internationale Veröffentlichungsnummer lautet WO 2012/092924 AI [6]. Dahinter verbirgt sich keine futuristische Raketenantriebstechnik, wie es Star-Wars-Fans mutmaßen könnten. In der Zusammenfassung der deutschsprachig verfassten und auch in englischer Sprache vorliegenden Patentschrift heißt es zur Erklärung: „Die Erfindung betrifft einen Thermalreaktor zum kontinuierlichen thermolytischen Recycling von Altreifen-, Vulkanisationsrückstands- und Altkunststoffgranulaten und ähnlichen Produkten. Um einen kontinuierlich arbeitenden Thermalreaktor für ein solches Pyrolyseverfahren zu entwickeln, der es ermöglicht, ohne zusätzliche motorisch rotierende Förder- und Mischeinrichtungen oder pneumatische Auflockerungseinrichtungen Altreifen-, Vulkanisationsrückstands- und Altkunststoffgranulate einem kontinuierlichen thermolytischen Recycling zu unterziehen, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen,·da(ss) der Thermalreaktor ein Einlaufteil, ein Heizzonenmittelteil und ein Auslaufteil aufweist, die vertikal untereinander angeordnet sind, da(ss) im Heizzonenmittelteil zentral im Thermalreaktor ein Absaugrohr angeordnet ist, dessen Manteloberfläche zahlreiche Bohrungen und/oder Schlitze zum Ableiten der entstehenden kurzkettigen Kohlenwasserstoffverbindungsdämpfe aufweist und wobei auf das Absaugrohr, übereinander angeordnete kegelförmige Glocken aufgeschoben sind und wobei Mittel zum Absaugen der Kohlenwasserstoffverbindungsdämpfe aus dem Absaugrohr vorgesehen sind, und da(ss) im Heizzonenmittelteil am Außenmantel eine Vielzahl von radial angeordneten Heizplatten vorgesehen ist, die in den übereinanderliegenden Heizetagen versetzt zu einander angeordnet sind. Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, da(ss) es trotz der schlechten Wärmeleitung dieser Stoffe mit einem derartigen Vertikal-Thermalreaktor möglich ist, im kontinuierlichen Betrieb Altreifen-, Vulkanisationsrückstands- und Altkunststoffgranulate zu recyclen, da sie einer homogenen Durchmischung und Erhitzung unterzogen werden.“ [6] Recycling-Innovation in vertikaler Ausrichtung Zentrale Aspekte bei der oben genannten Erfindung ist die vertikale Ausrichtung des Reaktors, der kurzerhand die Schwerkraft nutzt und somit Einsatz von Antriebsenergie zur Beförderung der Gummirückstände durch ihn hindurch erübrigt, anders, als es bei den üblicherweise für vergleichbare Zwecke genutzten Drehrohrreaktoren der Fall ist. Des Weiteren verläuft der Recyclingprozess kontinuierlich, sprich 24/7, also ohne Unterbrechung, was sich aus betriebswirtschaftlicher Sicht als bedeutend und wertvoll erweist. Schauen wir uns nun einmal in Kürze genauer an, was den Recyclingprozess im vertikal ausgerichteten Thermalreaktor auszeichnet und bemerkenswert macht: Zunächst werden die Reifen in einem mehrstufigen Prozess geschreddert und zerkleinert. Das hierbei freigelegte Metall wird entfernt und kann wiederverwendet werden; aus den extrahierten Textilfasern lassen sich Dämmstoffe herstellen. Das dem Zerkleinerungsprozess entstammende Granulat wird schließlich über einen Trichter dem Reaktor zugeführt und in sauerstoffreduzierter Atmosphäre stufenweise auf Temperaturen zwischen 300 und 1.200 Grad Celsius erwärmt (Pyrolyse). Das Material verändert hierbei seinen Zustand; es wird viskoser und fließt durch den Reaktor. Das Gummi verdampft. Der hierbei entstehende Pyrolysedampf wird auskondensiert und in darin vorliegenden verschiedenen Fraktionen auftrennt: In brennbares Gas, das abgesaugt und zur Gewinnung der für die Anlage erforderlichen Betriebsenergie eingesetzt wird; in Koks, der sich als Zusatzstoff für die Herstellung neuer Reifen, anderer Kunststoffe sowie als Farbpigment nutzen lässt; in ein Rohöl, das reich ist an Kohlenwasserstoffverbindungen, die von der Chemischen Industrie als wertvoller Rohstoff zur Herstellung neuer Kunststoffe oder anderer chemischer Erzeugnisse eingesetzt werden kann. Recycling-Anlage auf dem Geländer der Pyrum Innovations AG im saarländischen Dillingen. Quelle: Pyrum Innovations AG Von der Theorie in die Praxis Das es sich bei dem oben beschriebenen Recyclingprozess nicht um eine fixe Idee, sondern um eine in der Realität genutzte Technologie im Produktionsmaßstab handelt, zeigt die Pyrum Innovations AG, die seit mehr als zehn Jahren am Recycling von Elastomeren feilt. Im vergangenen Jahr wurde am Standort des Unternehmens im saarländische Dillingen eine Anlage in Betrieb genommen, die täglich zwischen 2500 und 3000 Altreifen auf die oben beschriebene Weise verarbeiten und zu dienlichen Rohstoffen ummünzen kann. Abnehmer des resultierenden Öls ist zum Beispiel die BASF. Der Chemiekonzern aus Ludwigshafen hat im letzten Jahr mitgeteilt, dass er im Rahmen des „ChemCycling“-Projekts in die Firma Pyrum investiere, mit dem Ziel, das aus Altreifen gewonnene Pyrolyseöl als zusätzliche Rohstoffquelle neben Öl aus gemischten Kunststoffabfällen als Rohstoffquelle zu verwenden [7]. Wie der Presse weiterhin zu entnehmen ist, plant der Chemiekonzern in den kommenden fünf Jahren europaweit 50 Thermolyse-Reaktoren aufbauen. Startpunkt für eine intensive Kreislaufwirtschaft. Grüne Chemie hat eben Konjunktur [8]. Referenzen und weiterführende Quellen [1] World Business Council for Sustainable Development (wbcsd), End-of-Life Tires (ELT), https://www.wbcsd.org/Sector-Projects/Tire-Industry-Project/End-of-Life-Tires-ELTs [2] https://www.maschinenbau-wissen.de/skript3/werkstofftechnik/kunststoffe/431-kunststoffrecycling [3] https://www.spektrum.de/magazin/neue-verfahren-zur-kunststoff-wiederverwertung/821239 [4] Umweltbundesamt, Altreifen – Hinweise zum Recycling, ( https://www.umweltbundesamt.de/altreifen#hinweise-zum-recycling ) [5] https://www.bmuv.de/gesetz/uebereinkommen-von-paris [6] Patent WO 2012/092924 AI, Thermalreaktor (Thermal Reactor), https://patentimages.storage.googleapis.com/5f/24/7f/5fb5a7bae52a99/WO2012092924A1.pdf [7] BASF, BASF investiert in Pyrum im Rahmen des ChemCycling TM -Projekts: Pyrolyseöl aus Altreifen als zusätzliche Rohstoffquelle neben Öl aus gemischten Kunststoffabfällen, Pressemeldung vom 21. September 2020, https://www.basf.com/global/de/media/news-releases/2020/09/p-20-311.html , https://www.basf.com/global/documents/de/news-and-media/news-releases/2020/09/P311_BASF_investiert_in_Pyrum.pdf [8] Peter Sauer, Altreifen – geschreddert und gekocht, tagesschau 19. 02. 2021, https://www.tagesschau.de/wirtschaft/unternehmen/thermolyse-altreifen-recycling-101.html [9] Martin Boechk, Mit Carbon Black gegen den Klimawandel, Abfallwirtschaft 4 (2020) 20/21, https://www.pyrum.net/fileadmin/user_upload/EM2020-04_20-21_Andritz.pdf Guido Deußing (Redaktion K-MAG) Mehr rund um Kautschuk
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