„Kunststoffe nicht als Problem, sondern als Teil der Lösung betrachten!“

Wo stehen wir aktuell beim Thema nachhaltige Kunststoffverarbeitung und Wiederverwendung? Wie sehen perspektivreiche Rohstoffquellen der Zukunft aus und welche Brückentechnologien lassen sich übergangsweise einsetzen? 85 Interessierte hatten sich am 28. September zum Tag der Materialforschung angemeldet, um diese und andere wichtige Zukunftsfragen zu diskutieren. Die online durchgeführte Konferenz zum Thema „Kunststoffe und Nachhaltigkeit“ hat neben Hochschulangehörigen aus Lehre und Forschung auch Studierende und Unternehmensvertreter aus den unterschiedlichsten Handlungsfeldern erreicht. 

Mit dem European Green Deal ist auch der Aspekt des nachhaltigen Materialeinsatzes in den Fokus der Öffentlichkeit gelangt. Der Einsatz von Kunstoffen und ihren vielfältigen Eigenschaften spielt nicht nur beim geplanten Ausbau der E-Mobilität oder der Versorgung mit Wind- und Solarenergie eine maßgebliche Rolle. „Grund genug für uns als Bielefelder Institut für Angewandte Materialforschung (BIfAM) sich gemeinsam mit unseren Partnern aus der kunststoffverarbeitenden Industrie über diese zentralen Fragestellungen im Rahmen des Materialtages auszutauschen“, begrüßten die Professorin Dr. Sonja Schöning und die Professoren Dr. Andreas Hütten sowie Dr. Christian Schröder die Gäste an ihren Bildschirmen.  

Um die Kompetenzen der Universität Bielefeld sowie der Fachhochschule (FH) Bielefeld zu bündeln, ist 2019 das Interdisziplinäre Forschungscentrum für Materialforschung und Technologieentwicklung (kurz: CiMT) ins Leben gerufen worden. Unter der Leitung von Prof. Schöning (FH Bielefeld) und Prof. Hütten (Universität Bielefeld) ist das CiMT eine große Chance für Unternehmen und Einrichtungen der Region Interessen und Bedarfe einzubringen, um so die Forschungs- und Entwicklungskompetenz in OWL zu stärken.  

Grundpfeiler der Veranstaltung waren vier Fachvorträge, in denen die Rednerinnen und Redner ihre Arbeitsergebnisse und Lösungsansätze zur Materialanalyse, alternativen Gewinnung und Wiederverwertung von Kunststoffen vorstellten. Dr. Bruno Hüsgen, seit 2009 Professor im Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik (IuM): „Sind Kunststoffe und Nachhaltigkeit ein Widerspruch in sich?“. Immer wieder stelle er in seinen Vorlesungen fest, dass Studierende Kunststoffe zunächst nicht nur sehr negativ bewerten, sondern auch über die zahlreichen Einsatzgebiete verwundert sind. „Materialien müssen smart und damit wiederverwendbar werden. Eine nachhaltige Rohstoffquelle sei Biomasse. Seine Vision: „Plastik aus der Biotonne – Kunststoffe aus biologischen Resten gewinnen!“. Vor allem die nachhaltige Weiterverwendung, das rohstoffliche Recycling, sei nach dem Vorbild der Natur umzusetzen. Ein Beispiel sei das enzymatische Recycling, dabei würden Bakterien eingesetzt, die Kunststoffe zersetzen können und damit wiederverwendbar machen. „Von den rund 6 Millionen Tonnen Kunststoffabfall die jedes Jahr in Deutschland anfallen, werden bisher 99,4 % wiederverwertet. Doch es geht noch mehr!“, ist Hüsgen sicher. Es gehe bei Nachhaltigkeit nicht nur darum, das Material wiederzuverwenden, sondern auch um eine möglichst nachhaltige Verarbeitung der Materialien. Diese müsse möglichst effizient und effektiv sein. „Nachhaltigkeit und Kunststoffe sind demnach kein Widerspruch, wenn wir die Kunststofftechnik intelligent weiterentwickeln. Kunststoffe sollten wir nicht als Problem, sondern als Teil der Lösung betrachten“, finalisiert Hüsgen seinen Fachvortrag. 

Industrievertreter Sebastian Dieninghoff von der PreZero Kunststoffrecycling GmbH & Co. KG, die als Umweltdienstleister der Schwarz Gruppe tätig ist, beleuchtete mit seinem Vortrag zum Kunststoffrecycling aus der Praxis einen anderen Blickwinkel als sein Vorredner aus dem Bereich Lehre und Forschung. Für ein Unternehmen sei in Hinblick auf den Wiederverwertungskreislauf der Aspekt der Wirtschaftlichkeit zentral. Die Schwarzgruppe sei mit LIDL und Kaufland ein relevanter Inverkehrbringer von Verkaufsverpackungen. Gemäß dem Verursacherprinzip sind selbige auch in erster Linie für die Entsorgung verantwortlich. An dieser Stelle gehe PreZero noch weiter: „Wir nehmen nicht nur alte Verpackungsmaterialien, sondern auch Produktionsabfälle aus Kunststoff an“, berichtete der Vertriebsleiter für den Bereich Kunststoffe, der seit über 10 Jahren im Unternehmen beschäftig ist. Zu ihren Kunden gehöre deshalb neben dem Gewerbe auch die Industrie. „Wir sind in der Lage, verschiedene Kunststoffarten zu sortieren und aufzubereiten. Die größte Herausforderung bei den von uns eingekauften Kunststoffabfällen ist die Kontrolle der Abfallströme, also konkret die Vermischung oder Verunreinigung. In diesem Bereich wünschen wir uns verstärkte Forschung, damit auch Materialien, die momentan nicht in die Werkstoffverarbeitung gelangen, recycelt werden können. Das Ergebnis unserer Arbeit sind reproduzierbare Mischungen nach Kundenrezeptur. Einfach gesagt planen wir mit dem Müll des einen die Produktion des Anderen.“  

Veranstaltungshöhepunkt war die mittlerweile traditionelle Verleihung des Nachwuchspreises. Ausgezeichnet wurde die Dissertation von Dr. Martin Wortmann. In seiner Dissertation untersuchte Wortmann die Prävention der Alterung von Silikon-Gießwerkzeugen beim Polyurethan-Vakuumgießen. „Wir gratulieren zu 250 € Preisgeld und freuen uns auf einen spannenden Vortrag“, gratulierte BIfAM-Institutsleiter Christian Schröder. Vakuumgießverfahren seien besonders zur Herstellung von Prototypen und Kleinserien geeignet, erläuterte der Preisträger. Dabei werde ein Silikongießwerkzeug erstellt, welches in einer Vakuumkammer zum Formgießen von Bauteilen verwendet wird. „Einer der wesentlichsten Vorteile gegenüber dem 3D-Druckverfahren ist die breit einsetzbare Materialvielfalt wobei auch die Materialeigenschaften besser sind als in den gängigen 3D-Druckverfahren. Der Vorteil gegenüber dem Spritzgießverfahren sind die geringeren Investitionskosten“, so Wortmann. Die geringe Werkzeugstandzeit sei hingegen nach wie vor ein großer Nachteil. 

„Wie können wir es schaffen, bestehende wie auch neue Arten von Kunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zu gewinnen und hierdurch zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft beitragen?“, mit dieser Fragestellung beschäftigt sich Prof. Dr. Harald Gröger von der Universität Bielefeld. „Nachhaltigkeit und Ökonomie können dabei durchaus Hand in Hand gehen“, so Grögers These. Inhalt seiner Projekte sind daher die Umstellung des Zugangs zu petrochemischen Kunststoffarten auf biobasierter Rohstoffbasis sowie das Design neuer, bioabbaubarer Materialien für Kunststoffe, immer ausgehend von nachwachsenden Rohstoffen. Eine der dabei von seiner Arbeitsgruppe zusammen mit Kooperationspartnern bearbeiteten Herausforderung liege auf dem Themengebiet der Weichmacher. Weichmacher sind chemische Stoffe, die spröden oder harten Materialien zugesetzt werden, um sie weich, biegsam oder dehnbar zu machen und so bestimmte Materialeigenschaften zu erreichen. Einige der heute kommerziell eingesetzten Weichmacher weisen dabei leider auch toxische Besonderheiten auf, wie beispielsweise hormonsystemschädigende Eigenschaften. Entsprechend hoch ist der Bedarf an alternativen, nicht-toxischen Weichmachern, die idealerweise zudem aus nachwachsenden Rohstoffen zugänglich sein sollten. Gröger dazu: „Mit unseren Forschungsarbeiten wollen wir dazu beitragen, die Entwicklung nachhaltiger und technisch realisierbarer Prozesse zur Herstellung von Materialien, die sowohl ökologisch als auch ökonomisch wertvoll sind, voranzutreiben“. Das in einem gemeinsamen akademisch-industriellen Projekt entwickelte Synthesekonzept zu biobasierten Weichmachern adressiert gleichzeitig die Aspekte der Nachhaltigkeit, Produktsicherheit und Produktökonomie. Neben der wissenschaftlichen Herangehensweise an diese Problemstellung, sieht Gröger gleichzeitig die Notwendigkeit, diese Anforderungen zusammen mit Unternehmen zu bearbeiten: „Solche Forschungsprojekte leben von interdisziplinärer Zusammenarbeit und von der Verzahnung von akademischen und industriellen Expertisen“, so seine Überzeugung. 

Mit „Stabilisatoren in Polymeren – Anwendung und Analytik“ setzt sich Dr. Viola Buchholz von der Miele & Cie. KG auseinander: „Wir beschäftigen uns grundlegend mit dem unvermeidlichen Prozess der Alterung von Werkstoffen. Dieser Prozess hat viele Einflussfaktoren wie beispielsweise Zeit, Temperatur und Einstrahlung von UV-Licht“, erklärte Buchholz. Polymere seien bereits im Herstellungsprozess durch äußere Einflüsse einem Alterungsprozess ausgesetzt, wie beispielsweise hohen Temperaturen in der Spritzgussfertigung. Diese Einflüsse können chemische Reaktionen an der Oberfläche oder im Inneren des Materials nach sich ziehen, die letztlich zu einer verringerten Lebensdauer des Materials führen. „Jeder von uns kennt ausgeblichene oder poröse Kunststoffteile, die zu lange in der Sonne lagen. Wir beschäftigen uns mit der Frage, wie wir diesen Alterungsprozess verlangsamen oder gar verhindern können.“ Ganz umgehen ließe sich die Alterung von Polymeren nicht, aber mit dem Einsatz von verschiedenen Stabilisatoren, wie beispielsweise Antioxidationsmittel, sei zumindest eine erhebliche Verzögerung möglich. Zielsetzung sei daher, geeignete Verfahren zu entwickeln, um möglichst reaktionsträge Polymere-Moleküle zu erhalten, damit die Materialeigenschaften möglichst lange erhalten blieben. „Entscheidend ist dabei die Auswahl der einzusetzenden Stabilisatoren abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall, das heißt, in welchem Bereich werden die Polymere eingesetzt und welche Umgebungseinflüsse herrschen im Lebenszyklus des Materials“, schloss Buchholz ihren Vortrag. 

In der abschließenden Podiumsdiskussion waren sich alle Referentinnen und Referenten einig: Bei der Herstellung von neuen Materialien müssten nachwachsende Rohstoffe mehr in den Vordergrund rücken. Die Verfügbarkeit von Rohstoffen, die Nutzbarkeit von Technologien und die Wirtschaftlichkeit, stünden noch nicht im idealen Verhältnis. „Es wird sich voraussichtlich nicht die eine Technologie herauskristallisieren, wahrscheinlicher ist ein breites Spektrum an Prozesstechnologien je nach Anwendungsbedarf, wobei sich chemokatalytische und biotechnologische Verfahrensweisen hervorragend ergänzen können“, so die Prognose Grögers. Hüsgen sieht eine große Problematik in der Nachhaltigkeitspolitik. Verkaufsverbote sorgen für eine grundsätzlich negative Behaftung von Kunststoffen. Die Aufklärung hingegen sei mangelhaft. Auf der einen Seite würden beispielweise Getränkebecher aus Styropor verboten, während Styroporplatten auf der anderen Seite zunehmend als Dämmmaterial beim Hausbau verwendet würden. „Bei einem Verbot wird eine Weiterentwicklung quasi ausgeschlossen. Es handelt sich in dem konkreten Fall eher um ein Imageproblem des Materials. Ein besserer Dialog mit der Zivilgesellschaft über die Aufgaben von Kunststoff ist dringend erforderlich“, resümiert Hüsgen. „Insgesamt muss einfach die CO2 Bilanz stimmen! Es ist widersinnig, ausschließlich auf den gesellschaftlichen Aspekt des Wiederverwertens zu achten, wenn die daraus resultierende wahre Bilanz aus dem Blick gerät“, räumte Hütten ergänzend ein.  

Industrievertreter Dieninghoff sprach die Qualität des recycelten Kunststoffs als springenden Punkt an: „Diese muss mit dem des Ursprungsmaterials übereinstimmen, damit es für Unternehmen überhaupt attraktiv ist zu recyceln und damit die Wettbewerbsfähigkeit zur Neuware sicherzustellen“. Buchholz ergänzte: „Entscheidend ist, dass die Abfallprodukte des recycelten Materials nicht stören. Das Material, oder exakter der Materialmix der reinkommt, muss als Voraussetzung gut bekannt sein für die optimale Weiterverarbeitung.“ Das gezielte Design von Kunststoffen unter Berücksichtigung der gesamten Zusammensetzung sei ebenfalls nicht zu vernachlässigen. „Beim Recycling sollte der Fokus nicht nur auf dem mechanischen oder thermischen Recycling liegen. Wichtig ist auch der Blick auf das “molekulare“ Recycling durch den gezielten Abbau von Polymer-Abfallstoffen in die monomeren Einheiten, die dann wieder für den erneuten Kunststoffaufbau genutzt werden können“, ergänzte Gröger aus seiner Forscherperspektive. „All diese Argumente zeigen ganz deutlich, Verbünde zwischen Hochschulen und der Industrie sind enorm wichtig für die Weiterentwicklung“ stellte Schöning finalisierend fest. „Veranstaltungen wie die heutige tragen dazu entscheidend bei“, sind sich die Organisatoren sicher. (th)