Nachhaltiges Recycling von glasfaserverstärktem Kunststoff, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW

Duroplaste wie glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) haben hervorragende Eigenschaften: Sie sind kostengünstig in der Herstellung, sehr stabil, langlebig, leicht und witterungsbeständig. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt: Vom Auto über die Flügel von Windkraftanlagen bis zu Bootsrümpfen.

Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften von GFK steigt ihre Produktion seit einigen Jahren kontinuierlich an. Im Jahr 2019 wurden europaweit mehr als 1,141 Mio. Tonnen dieses Werkstoffs produziert. Gleichzeitig steigt aber auch die Menge an GFK-Bauteilen, die ihr «End of life» (EOL) erreichen und entsorgt werden müssen. Ein Beispiel: Flügel von Windenergieanlagen. Vor 20 Jahren gebaut, erreichen die ersten Flügel in den nächsten Jahren ihr ihr EOL. Schätzungen gehen von bis zu 60’000 Tonnen pro Jahr aus.

Hinzu kommt eine zunehmende Anzahl von Freizeitbooten, die aufgrund ihrer geschätzten Lebensdauer ihr EOL erreichen. Zusätzlich kommt jedes Jahr eine enorme Menge an Industrieabfällen, die derzeit nicht nachhaltig recycelt werden. Schon heute müssen in Europa jährlich mehr als 200’000 Tonnen GFK-Abfälle entsorgt werden, Tendenz steigend.

Da diesem Thema in der Vergangenheit kaum Bedeutung beigemessen wurde, besteht aktuell ein Entsorgungsproblem, das sich zu verschärfen droht. Heute werden GFK-Abfälle entweder verbrannt oder auf Deponien entsorgt, was bedeutet, dass dieser hochwertige Werkstoff nicht nachhaltig recycelt wird. Ein nachhaltiges GFK-Recycling ist daher dringend erforderlich. Bislang hat sich jedoch noch kein Recyclingverfahren im Sinne der Kreislaufwirtschaft am Markt etabliert.

Anwendungen aus glasfaserverstärkten Duroplasten sind schwer zu recyceln. Im Gegensatz zu thermoplastischen Anwendungen (z.B. PET-Flaschen) können Duroplaste nicht aufgeschmolzen und anschliessend wiederverwertet werden. Daher wurden verschiedene Recyclingansätze wie Pyrolyse oder Solvolyse entwickelt und getestet.

Die Absicht bei diesen Ansätzen ist es, die Glasfaser für die Wiederverwendung zurückzugewinnen. Leider brachte keine dieser Methoden das gewünschte Ergebnis. Vielmehr traten zusätzliche stoffliche und energetische Probleme auf, die eine wirtschaftliche Verwertung nahezu unmöglich machen.

Auf einen neuen Ansatz setzt die iwas-concepts AG gemeinsam mit der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW und weiteren Partnern: Ziel ist es, ein Rezyklat zu schaffen, das auf bestehenden Produktionsanlagen für neue Anwendungen eingesetzt werden kann. Dazu hat das Team der FHNW einen Prozess entwickelt, der es erlaubt, das thermisch verfestigte Material in ein neues Rezyklat umzuwandeln, das die Eigenschaften eines glasfaserverstärkten Thermoplastes aufweist. Nach dem EOL dieser Anwendungen kann das Material zu 100% in den Materialkreislauf zurückgeführt werden. So wird eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft sichergestellt.

In einem ersten Schritt beschaffte das Team GFK-Abfälle nach bestimmten, vom Team entwickelten Spezifikationen. Die Spezifikation ist abhängig von der Endanwendung und ihrem Herstellungsverfahren. Die Abfälle wurden standardisiert aufbereitet und sortiert, um eine hohe Prozessstabilität und Qualität des Endrecyclats zu gewährleisten.

Anschliessend führte das Team die aufbereiteten Abfälle zusammen mit verschiedenen Arten von Thermoplastabfällen und diversen Additiven einem speziellen Compounder zu. Durch die Bewegung der Förderschnecke und durch Scherbelastung entsteht ein homogener Compound. Die Prozessparameter definieren die Eigenschaften des produzierten Materials und können kundenspezifisch für Spritzguss, Fliesspressen und Extrusion angepasst werden.

Das Verfahren und die Produkte haben den Status der Marktreife erreicht. Gemeinsam mit Partnern werden diese nun auf industriellen Massstab angehoben und für den Markteintritt vorbereitet.