Jahresbericht 2019

Untersuchung von Limonen-Rückständen in HDPE-Flaschenmaterial.

Kunststoffrecycling, Druckwasser-Extraktion, Materialanalytik

Für viele Anwendungen ist die Materialqualität aufbereiteter Kunststoffabfälle bislang noch nicht ausreichend, was vor allem auch an dem Geruch der Rezyklate liegt. Im Fraunhofer LBF wurde ein umweltfreundliches Extraktionsverfahren im Labormaßstab entwickelt, um Tracer-Duftstoffe aus kommerziellen HDPE-Kunststoff-Verpackungen zu entfernen. Das Verfahren funktioniert ohne organische Lösemittel, was Kosten spart und die Umwelt schont. Prozessbegleitende Analytik liefert optimierte Verfahrensparameter, mit denen bereits nach einer Stunde eine deutliche Geruchsminderung der Proben erreicht wird.

Verbesserte Materialqualität aufbereiteter Kunststoffabfälle ist erforderlich

Aktuell wächst die Menge jährlich anfallender Kunststoffabfälle weltweit zusehends. Um sie umweltverträglich und klimaschonend verwerten zu können, bedarf es einer Sortierung und Wiederaufbereitung dieser Kunststoffabfälle zu hochwertigem »Post-Consumer«-Rezyklat. Bislang ist die Wiederverwendung der Kunststoffrezyklate aufgrund ihrer verringerten Materialqualität erheblich eingeschränkt, was vor allem auch an ihrem Geruch liegt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer LBF haben einen neuen Prozess im Labormaßstab entwickelt, um Duftstoffe aus Kunststoffverpackungen zu entfernen. Das neue Verfahren basiert auf der Druckwasser-Extraktion und entfernt den Tracer-Duftstoff Limonen aus kommerziellen HDPE-Verpackungen.

Neues Verfahren entzieht Duftstoffe

Analysen mit Infrarotspektroskopie und Massenspektrometrie liefern Daten zur chemischen Zusammensetzung der Proben in Abhängigkeit unterschiedlicher Extraktionsbedingungen. Die analytischen Daten zeigen, dass nach der Extraktion wesentlich weniger Limonen in den Proben vorhanden ist. Darüber hinaus werden neben dem Duftstoff noch weitere Additive und kurzkettiges HDPE aus den Proben entfernt, die ursprünglich in der Verpackung enthalten sind. Auf der Basis mehrerer Analysen wurden die optimalen Verfahrensparameter für die Druckwasserextraktion von Duftstoffen aus HDPE-Verpackungen ermittelt. So gelingt die Geruchsminderung innerhalb einer Stunde, wodurch eine gesteigerte Materialqualität aufbereiteter Kunststoffabfälle erzielt werden kann.
 

Materialanalytik mit Machine-Learning-Methoden optimiert Extraktionsprozess

Die Projektergebnisse zeigen den Nutzen einer systemischen Herangehensweise zur Lösung aktueller kunststofftechnischer Fragestellungen mit großer gesellschaftlicher Relevanz. Zur Entwicklung des Verfahrens waren detaillierte Einblicke in die chemische Kinetik des Extraktionsprozesses notwendig, die durch prozessbegleitende Analytik ermöglicht wurden. Durch die Auswertung der Daten mit Hilfe von Machine-Learning-Methoden konnten die Extraktionsparameter im Sinne einer wirtschaftlichen Prozessführung optimiert werden. In dem derzeitigen Entwicklungsstadium zeichnet sich für den neuen Prozess ein Anwendungsszenario zur verbesserten Aufbereitung von Kunststoffabfällen ab.

Effizienter Prozess für alle Märkte

Aufgrund des zugrundeliegenden Konzepts eignet sich der Prozess für Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer gleichermaßen, so dass potentiell alle Marktteilnehmer davon profitieren, die Kunststoffprodukte in den Handel bringen.