MechReVOC: Innovative Verfahren zur VOC-Reduktion im mechanischen Recyclingprozess für PO-Rezyklate

In dem 24-monatigen Vorhaben „MechReVOC“ - „Entwicklung und Optimierung von Verfahren und Methoden zur Reduzierung des VOC-Anteils in Kunststoffrezyklaten im mechanischen Recycling“ -  erforschen Wissenschaftler des IKK - Institut für Kunststoff- und Kreislauftechnik der Leibniz Universität Hannover und der WIS Kunststoffe GmbH neue Methoden zur Reduzierung der flüchtigen organischen Verbindungen (engl. volatile organic compounds, VOCs) in Kunststoffrezyklaten im mechanischen Recycling für den Einsatz in kontaktsensiblen Anwendungen.

Das Vorhaben soll die Qualität von Kunststoffrezyklaten signifikant steigern und damit das Potential zur Substitution von Neuware in kontaktsensiblen Anwendungen durch hochwertige Rezyklate ausbauen. Damit leistet das Projekt einen erheblichen Beitrag zum Klima- und Ressourcenschutz.

Aufgabenstellung: Limitierung durch volatile organische Verbindungen im Rezyklat

Der Einsatz von Polyolefin (PO)-Rezyklaten in kontaktsensiblen Anwendungen, wie Lebensmittel- und Kosmetikverpackungen sowie in Produkten im Automobilinterieur, ist derzeit aufgrund der hohen regulatorischen Anforderungen und verfahrenstechnisch beschränkten Möglichkeiten stark limitiert. Dadurch müssen diese zum Großteil aus Neuware hergestellt werden, was dem Ziel einer ressourcenschonenden und funktionierenden Kreislaufwirtschaft widerspricht. Dies zeigen auch die Zahlen einer Conversio-Studie für den Einsatz von Rezyklaten in Verpackungsanwendungen in Abbildung 1. Demnach lag die kombinierte Rezyklatquote aus Post-Consumer- (PCR) und Post-Industrial-Rezyklaten (PIR) bei kontaktempfindlichen PO-Verpackungen in Deutschland im Jahr 2023 bei lediglich 3,6 %.

Die Hauptursache hierfür bilden flüchtige organische Verbindungen, die während der Nutzungsphase aus den Kontaktprodukten in die Polymermatrix migrieren oder aufgrund von Degradationsprozessen im Kunststoff entstehen. Werden diese Substanzen nicht während des Recyclingprozesses entfernt, besteht die Gefahr, dass sie wieder zurück in das Kontaktmedium oder die Umgebungsluft diffundieren. Dort können sie im schlimmsten Fall eine Gesundheitsgefährdung für den Konsumenten darstellen oder für einen unangenehmen Geruch sorgen. Aus diesem Grund gibt es strikte regulatorische Vorschriften und Branchenstandards (z. B. EU-Verordnung 10/2011, DIN SPEC 91521, VDA 278), in denen die Migrations- und Emissionsgrenzwerte für eine Vielzahl an Substanzen vorgegeben sind.

Forschungsansatz und Methodik: Optimierung der Dekontaminierungsprozesse und Inline-Analytik

Es ist daher das Ziel des Vorhabens, durch die innovative Kombination und Optimierung bestehender Dekontaminierungsverfahren im mechanischen Recycling die Eigenschaften der Rezyklate bzgl. ihrer chemischen Zusammensetzung und bedenklicher VOC-Anteile zu verbessern. Dabei liegt der Fokus des Forschungsprojektes auf dem Extrusions- sowie den nachgelagerten Desodorierungsprozess. Die im Extrusionsprozess anzuwendenden Methoden basieren auf der optimierten Verwendung von Stripping-Medien, welche die Entgasungseffizienz im Recyclingprozess steigern oder der Verwendung von Adsorbermedien, welche die VOCs im Rezyklat physikalisch binden und die spätere Emission verhindern. Für die zusätzliche Reduzierung des VOC-Gehalts wird die Optimierung des Nachentgasungsprozesses angestrebt, in dem die VOC mittels einer thermischen Nachbehandlung entfernt werden. Neben der Steigerung der Dekontaminierungsleistung sollen so unter anderem gleichzeitig auch der benötigte Energiebedarf und die Verweilzeit reduziert werden. Durch diese Weiterentwicklungen kann (oder könnte) der nachhaltige Einsatz der PO-Rezyklate in sensiblen und/oder zulassungsbedürftigen Anwendungen durch die Einhaltung der notwendigen Grenzwerte ermöglicht werden.

Ein weiterer entscheidender Baustein des Projektes ist die lückenlose Qualitätssicherung. Bislang werden oft nur wenige Gram m Material stellvertretend für tonnenschwere Chargen im Nachhinein geprüft, ein Verfahren, das gerade bei inhomogenen Rezyklatinputströmen riskant ist. Deshalb wird im Rahmen des Projekts eine kontinuierliche Inline-Emissions-Analyse entwickelt. Diese überwacht die VOC-Werte in Echtzeit direkt während des Recyclingprozesses und garantiert so eine durchgehend hohe Materialqualität.

Begleitet wird die technologische Entwicklung von einer umfassenden Ökobilanzierung. Auf Basis echter Primärdaten wie Strom-, Wasser- und Gasverbrauch werden die Umweltauswirkungen der optimierten Prozesse detailliert analysiert. So lässt sich das ökologische und technische Potenzial der neuen Verfahren fundiert belegen.

Ansprechtpartner

Felix Mehrens, M. Sc.

E-Mail: mehrens@ikk.uni-hannover.de
Telefon: +49 511 762 13398