Kunststoffrecycling Experimentalvortrag Oliver Strauch WS 0708 Gliederung 1

Kunststoffrecycling Experimentalvortrag Oliver Strauch WS 07/08

Gliederung 1. Einleitung 2. Recycling 3. Kunststoffabfall 4. Werkstoff - Recycling 5. Rohstoff - Recycling 6. Energetische Verwertung 7. Fazit 8. Schulische Relevanz 2

1. Einleitung Warum Recycling? Ø Ressourcen sind begrenzt Ø Rohstoffe werden teurer Ø Umweltschutz …… 3

…. 1. Einleitung Ø Wohin mit dem ganzen Müll? 4

2. Recycling 2. Entwicklung des Recycling Ø 1970 fürchtete man im eigenen Abfall zu ersticken Ø Deponien sicherer und Verbrennungsanlagen sauberer Ø Abfälle sind Wertstoffe Ø Ressourcenschonung durch Abfallverwertung Ø Müll vermeiden, wenn nicht möglich, ihn verwerten und erst wenn verwerten nicht möglich ist, ihn deponieren 5

Produktverantwortung 2. Recycling Ø Wenig Produktionsabfälle und umweltverträgliche Verwertung bzw. Beseitigung der Reststoffe Ø Produktverantwortung erstmals 1991 in der Verpackungsverordnung Ø Rücknahmepflicht für gebrauchte Verpackungen. 6

2. Recycling Duales System Deutschland Ø Heutige DSD entstand aus dem 1990 gegründeten grünen Punkt Ø Gegründet um Hersteller und Vertreiber bei Erfüllung der Verwertungspflicht zu entlasten 7

2. Recycling Verpackungsverordnung ´ 98 Ø 60 % der Altkunststoffe sind zu verwerten Ø davon 60 % werkstofflich, also 36 % der gesamten Altkunststoffe Ø Energetische Verwertung wird zugelassen 8

3. Kunststoffabfälle 9

3. Kunststoffabfälle 2003 Ø In Deutschland 4, 01 Mio. Tonnen Kunststoffabfälle Ø Davon wurden fast 60 % verwertet 10

Kunststoffabfälle 3. Kunststoffabfälle Ø Produktionsabfälle Ø Angüsse…. Ø Siedlungsabfälle Ø Verpackungen von Lebensmittel… Ø Transportverpackungen Ø Kühlschrankverpackungen… Ø Werkstoffabfälle Ø Computergehäuse, Autokunststoffteile… 11

3. Kunststoffabfälle Sammeln und Sortieren Ø Grundsätzlich alle Altkunststoffe sortenrein sammeln zu teuer Ø Sammelstellen für Styropor, Transportverpackungen, Fensterrahmen… Ø Kleinteilige Kunststoffverpackungen aus dem Hausmüll werden gemischt gesammelt 12

Mischfraktion 3. Kunststoffabfälle Windsichten / Sieben Zerkleinern Sortieren 13

Demo 1 Windsichter

Demo 1 Windsichter 3. Kunststoffabfälle Ø Prinzip: „Spreu vom Weizen trennen“ Ø Folien und Fraktionen geringer Dichte werden abgetrennt Ø Verbraucht kein Wasser Ø Nur sehr begrenzt einsetzbar 15

Demo 2 Schwimm-Sink. Verfahren

Demo 2 3. Kunststoffabfälle Schwimm-Sink-Verfahren Kunststoff Dichte [g/cm 3] Polypropylen PP 0, 90 - 091 Polyethylen PE 0, 91 – 0, 95 Polystyrol PS 1, 05 Polycarbonat PC 1, 19 – 1, 24 Polyethylenterephthalat PET 1, 37 17

Versuch 1 SD Verfahren

Versuch 1 3. Kunststoffabfälle Ø SD steht für „selective dissolution“ : Selektives Auflösen Ø Mit Xylol als Lösungsmittel können PE, PS, PP, PET und PVC getrennt werden ~ 160 °C PVC ~ 145 °C PET ~ 125 °C PP ~ 110 °C PE Ø Temperatur wird schrittweise erhöht Ø Sehr sauberes Kunststoffpulver wird erhalten ~ 20 °C PS 19

4. Werkstoff - Recycling 20

4. Werkstoff - Recycling Ø Physikalisches Recycling Ø Umschmelzen von Altkunststoffen zu neuen Formteilen Ø Benötigt sortenreine und saubere Altkunststoffe Ø Gute Anwendungsmöglichkeiten bei Produktions-, Verarbeitungsabfällen, Transportverpackungen, Landschaftsfolien… 21

Versuch 2 Polystyrol lösen und wieder aufschäumen 22

Versuch 2 4. Werkstoff - Recycling Ø Polystyrol ist unpolar und bei Essigsäureethylester überwiegt der unpolare Teil Ø „Ähnliches löst in Ähnlichem“ Ø Polymerstruktur bleibt erhalten 23

Versuch 2 4. Werkstoff - Recycling Ø Pentan ist ein schlechtes Lösungsmittel für Polystyrol Ø Pentan kann das Zusammenlagern der Polymere nicht verhindern, Polystyrol fällt aus Ø Eingelagertes Pentan verdampft und bläht die Poren auf Ø Man erhält wieder eine Schaumstruktur Styropor 200 fach vergrößert 24

Demo 3 Umschmelzen 25

Versuch 3 PE aus Tetrapack 26

Versuch 3 4. Werkstoff - Recycling Ø Polyethylen ist sehr beständig gegen Wasser, Säuren und Laugen Ø Tetrapack ist ein Verbundstoff aus Papier, Aluminium und Farbstoff 27

Versuch 3 4. Werkstoff - Recycling Ø Polyethylen und Tert. -butylbenzol sind beide unpolar Ø „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“ Ø Bei Ethanol überwiegt der polare Teil des Moleküls Ø Polyethylen löst sich nicht in Ethanol und fällt aus 28

4. Werkstoff - Recycling Nachteile Ø Schwierig sind gemischte Altkunststoffe Ø PVC zersetzt sich, bevor PP seine Erweichungstemp. erreicht hat. Gemeinsames Verarbeiten unmöglich Ø Downcycling (Eigenschaftsverschlechterung) Ø Sammeln, Sortieren und Reinigen sind sehr kostenintensiv Ø Aufwand übersteigt den erzielbaren Nutzen 29

5. Rohstoff - Recycling 30

5. Rohstoff - Recycling Ø Chemisches Recycling Ø Altkunststoffe werden in Ausgangssubstanzen oder in chemische/petrochemische Rohstoffe gespalten Ø Können wieder zu Herstellung von Kunststoffen oder anderer Produkte verwendet werden 31

Verfahren 5. Rohstoff - Recycling Ø Solvolyse 32

5. Rohstoff - Recycling 33

5. Rohstoff - Recycling 34

5. Rohstoff - Recycling Ø Hydrierung Ø Die Altkunststoffe werden bei 400 °C abgebaut Ø Hydrierung der Abbauprodukte bei 300 bar Ø Man erhält flüssige, gesättigte Kohlenwasserstoffe 35

Versuch 4 Pyrolyse 36

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling Pyrolyse Ø Mit hoher Temperatur werden C-H und C-C Bindungen gespalten Ø Bei Pyrolyse von PE/PP/PS, entstehen Alkane, Alkine und Aromaten Ø Verhältnis Gas : Öl ≈ 1: 1 Ø Katalysatoren senken Pyrolysetemperatur auf 500 °C 37

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling Reaktionsabläufe am Beispiel PE 38

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling 39

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling 40

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling 41

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling 42

Versuch 5 Eisenherstellung 43

Versuch 5 Hochofen 5. Rohstoff - Recycling Ø Altkunststoffe ersetzen Teil des Schweröls Ø Vermischte, verschmutze Altkunststoffe werden verwertet Ø Nachteil: PVC muss aussortiert werden 44

Versuch 5 5. Rohstoff - Recycling Reaktionen im Hochofen 45

Versuch 5 5. Rohstoff - Recycling 46

5. Rohstoff - Recycling Vorteile Ø Produkte unterliegen keinen Anwendungsbeschränkungen Ø Gemischte Kunststoffe können genutzt werden Ø Sortieren und Reinigen entfällt 47

6. Energetische Verwertung 48

6. Energetische Verwertung Ø Verbrennung von Kunststoffen Ø Kunststoffe haben gleichen Heizwert wie Erdöl Ø Altkunststoffe werden energetisch verwertet Ø In Müllverbrennungsanlagen Ø Bei der Zementherstellung Ø In Heizkraftwerken 49

Vorteile / Nachteile Ø Kein Reinigen und Sortieren nötig Ø Umwelt- oder arbeitshygienisch bedenkliche Altkunststoffe werden verwertet Ø Kunststoffe mit engem Verbund zu anderen Materialien werden verwertet Ø Giftige Gase Ø Hohe Kosten für Abgasreinigung 50

PVC 6. Energetische Verwertung Ø Kein anderer Kunststoff lässt sich so gut verarbeiten und ist so vielseitig anwendbar wie PVC Ø PVC wirft erhebliche Entsorgungsprobleme auf 51

Versuch 6 Verbrennen von PVC 52

Versuch 6 6. Energetische Verwertung Zersetzen von PVC: Eliminierung 53

Versuch 6 6. Energetische Verwertung Verbrennen von PVC: Nachweis von HCl: 54

6. Energetische Verwertung Ø Energetische Verwertung ist ökologisch und ökonomisch unverzichtbar Ø Für nicht recyclbare Altkunststoffe ist die Verbrennung unter Nutzung des Energiegehalts der einzig vernünftige Verwertungsweg 55

7. Fazit Grundsätzlich existiert heute für jeden Altkunststoff ein geeignetes Verwertungsverfahren 56

Aber… 7. Fazit Ø Finden die Rezyklate einen Markt? Ø Vorkommen der Altkunststoffe? Ø Steht den hohen Kosten ein entsprechender Umweltnutzen entgegen? Ø Werden die politischen Regeln erfüllt? 57

8. Schulrelevanz Ø Aktuelles und politisch wichtiges Thema Ø Praxisnah Ø Umweltschutz / Klimaschutz Ø Fächerübergreifende Zusammenhänge Chemie/Powi (Wie reagiert die Wirtschaft auf Gesetze der Politik) 58

8. Schulrelevanz Hessischer Lehrplan G 8 Ø 7 G. 1: Mülltrennung Ø GK 11. 1/LK 11. 1: Kunststoffabfälle, Pyrolyse Ø GK 11. 2/LK 11. 2: Kunststoffe, Umweltprobleme bei der Herstellung und Entsorgung 59

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Eisenreduktion • Direkte Reduktion 61

Eisenreduktion 62

"Seveso"-Dioxin Ø 1976 Chemieunfall in Seveso Ø Überhitzung bei Herstellung von Trichlorphenol Ø 2, 3, 7, 8 -Tetrachlordibenzo[1, 4]dioxin (TCDD) freigesetzt Ø 10 000 mal gifitger als Zyankali 63

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