Mechanisches PU-Recycling: ein neuer Weg für Hartschaum?

Überall dort, wo es auf Dämmung, Leichtbau und Stabilität ankommt, kommt Polyurethan-Hartschaum zum Einsatz. Doch bislang endete sein Leben meist in der Müllverbrennungsanlage. Ein Team am Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart möchte das ändern: ein neues Verfahren soll es ermöglichen, PU-Hartschaum mechanisch zu recyceln und als Füllstoff in neue Produkte zurückzuführen – ein Ansatz, der energieeffizienter ist als bisherige Verfahren und das Schließen von Stoffkreisläufen ermöglichen könnte.

Im K-Mag spricht Lukas Fritsch, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Verarbeitungstechnik am IKT, über Herausforderungen, Potenzial und nächste Schritte.

Lukas Fritsch: Polyurethan (PU) ist ein Duromer – also ein Kunststoff, der sich nicht wieder aufschmelzen lässt. Deshalb wird PU bisher meist thermisch verwertet oder chemisch in seine Grundbausteine zerlegt. Dabei wäre die mechanische Wiederverwertung grundsätzlich die einfachste und energieeffizienteste Recyclingform. Bislang ist das aber nur eingeschränkt möglich: Das Altmaterial wird zu Flocken, Granulat oder Pulver verarbeitet und beispielsweise als Füllstoff für Kissen oder Spielzeug genutzt. Eine Rückführung in den ursprünglichen Anwendungsbereich – etwa die Herstellung neuer Dämmstoffpaneele aus recyceltem PU – ist bisher nicht realisiert worden.

Fritsch: In unserem Forschungsprojekt möchten wir mechanisch recycelten PU-Hartschaum als Füllstoff in die Herstellung von Neuware integrieren. Dafür wird das Recyclingmaterial den beiden Ausgangskomponenten Polyol und Isocyanat im Verarbeitungsprozess zugemischt. Konventionelle Mischaggregate sind für hohe Füllstoffanteile allerdings nicht ausgelegt. Deshalb setzen wir auf einen Doppelschneckenextruder, der speziell für diese Anwendung entwickelt wurde. So lassen sich deutlich höhere Füllstoffanteile verarbeiten als bisher üblich.

Fritsch: Die größte Herausforderung liegt darin, einen kontinuierlichen Prozess mit gleichbleibend hoher Reproduzierbarkeit und Mischqualität zu ermöglichen, trotz möglicher Schwankungen bei der Dosierung und unterschiedlicher Partikelgrößen im Rezyklat. Der Prototyp muss also exakt auf den Prozess abgestimmt werden. Gleichzeitig müssen wir untersuchen, welche Füllstoffanteile überhaupt sinnvoll verarbeitet werden können. Ziel ist es, Dämmstoffpaneele herzustellen, die industriellen Standards entsprechen. In Vorversuchen prüfen wir, wie sich die Rezyklat-Partikel auf die Eigenschaften des PU-Schaums auswirken und wie sich diese durch Prozessoptimierung verbessern lassen. Schließlich steht die Skalierung auf einen industriellen Maßstab an – das bringt sowohl verfahrenstechnische als auch werkstoffliche Herausforderungen mit sich.

Fritsch: Grundsätzlich sehen wir Einsatzmöglichkeiten überall dort, wo PU-Hartschaum verwendet wird. Besonders großes Potenzial liegt im Bausektor – etwa bei der Herstellung von Dämmstoffpaneelen. Hier können wir den Anteil von Neumaterial senken und Stoffkreisläufe schließen. Weitere Anwendungen sehen wir in der Kälte- und Klimatechnik, zum Beispiel zur Isolierung von Kühlbehältern, sowie im Automobil- und Transportwesen.

Von einer erfolgreichen Umsetzung würden aber nicht nur die Anwender profitieren, sondern die gesamte Wertschöpfungskette: PU-Verarbeiter können nachhaltigere Produkte anbieten, Rohstoffhersteller ihre Systeme auf neue Anwendungen anpassen und Maschinenbauer ihr Portfolio

Fritsch: Der entscheidende Schritt ist die Überführung des Verfahrens vom Labormaßstab in einen industriellen Maßstab. Dafür muss der Prozess auf größere Anlagen übertragen werden – mit dem Ziel, eine stabile Produktion bei gleichbleibend hoher Produktqualität zu gewährleisten. Wichtig sind zudem Kooperationen mit Industriepartnern, die das Verfahren in bestehende Prozesse integrieren können. In diesem Zuge müssen auch Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit bewertet sowie mögliche Zulassungen für sicherheitsrelevante Anwendungen geklärt werden.

Und nicht zuletzt: Die Akzeptanz des neuen Verfahrens am Markt ist entscheidend. Sie hängt vor allem von der konstant hohen Qualität der PU-Schäume mit Recyclinganteil ab.