Universität Gent forscht mit Coperion-Extruder

Das Chemische Recycling gilt als vielversprechender Prozess, um gemischte Kunststoffabfälle sowohl technisch als auch ökonomisch sinnvoll rezyklieren zu können. Foto: Coperion

Für Forschungen zum chemischen Recyclen von gemischten Kunststoffabfällen liefert Coperion einen Doppelschneckenextruder an die Universität Gent.

Bei der Extrusionsanlage, mit der die Universität Gent, Belgien, umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zum chemischen Recycling von gemischten Kunststoffabfällen betreiben will, handelt es sich um eine Laboranlage rund um einen Doppelschneckenextruder ZSK 18 Megalab, den Coperion speziell für das Chemische Recycling von Post-Consumer-Waste in einem Durchsatzbereich von 1 bis 10 kg/h ausgelegt hat. Die Anlage umfasst neben dem Extruder einen Dosierer von Coperion K-Tron sowie eine Vakuumanlage.

Kunststoffabfälle, speziell Verpackungsabfälle, liegen häufig ausschließlich als Gemische mit hohem Verschmutzungsgrad vor. Deren Recycling ist zumeist schwierig, da die Sortierung und Reinigung der Abfälle in vielen Fällen nicht ökonomisch sinnvoll oder technisch umsetzbar sind. Das Chemische Recycling gilt als vielversprechender Prozess, um diese Materialströme dennoch rohstofflich rezyklieren zu können. Über diese Anwendung können Rohstoffe für die Kunststoff- und Kraftstoffproduktion zurückgewonnen werden.

Uni Gent Vorreiter bei Forschungen zum chemischen Recycling

Die Universität Gent gilt als Vorreiter bei der Entwicklung des Chemischen Recyclings von Kunststoffabfällen. Auf sie gehen bereits mehrere zukunftsweisende Entwicklungen zurück, die den Weg der Kunststoffindustrie zu mehr Nachhaltigkeit ebnen. Chemische Reaktionstechnik im Allgemeinen und die Kinetik chemischer Reaktionen im Besonderen sind wichtige Forschungsgebiete am Labor für Chemische Technologie (LCT) der Universität Gent. Dazu gehören unter anderem die Optimierung bestehender industrieller Prozesse sowie die Entwicklung, Optimierung und das Scale-up neuartiger Technologien zur Reduktion von Abfallströmen und Energieverbrauch.

Doppelschneckenextruder für effizienten Energieeintrag

Für das Chemische Recycling von Kunststoffen eignet sich die Doppelschneckenextruder-Technologie von Coperion in besonderem Maße. Nachdem der Post-Consumer-Abfall, geshreddert oder kompaktiert, mittels Coperion K-Tron Dosierer zuverlässig in das Verfahrensteil des Extruders eingebracht wurde, wird dort in kürzester Zeit mittels kontinuierlicher Oberflächenerneuerung sowie intensiver Dispergierung und Scherung über die Doppelwellen sehr viel mechanische Energie in die Materie eingetragen.

Innerhalb von etwa 30 s entsteht eine homogene, stark entgaste, bis zu 350°C heiße Schmelze, in die die Energie sehr effizient eingebracht wurde.

Effiziente Entgasung

Weitere Stoffe wie Katalysatoren können bei Bedarf zudosiert und eingemischt werden. Teilweise werden mit den Kunststoffabfällen Wasserrückstände oder Chloride aus PVC in geringen Mengen in den Extruder eingebracht. Beides wird über Vakuumentgasungen am Verfahrensteil des Extruders zuverlässig abgeführt.

Doppelschneckenextruder besitzen zahlreiche Vorteile, die beim Chemischen Recycling besonders zum Tragen kommen. Die Technologie deckt einen sehr breiten Durchsatzbereich ab. Auf größeren ZSK-Extrusionsanlagen können bei diesem Prozess Durchsätze von bis zu 20 t/h realisiert werden.

Dank der sehr wirksamen Arbeitsweise der Doppelschnecken werden nach Erfahrungen von Coperion Polymere verschiedenster Viskositäten zuverlässig plastifiziert. Die plastische Energiedissipation erfolgt dabei in kürzester Zeit. Alle produktberührenden Teile des Extruder-Verfahrensteils können bei Bedarf mit hohem Korrosions- und Verschleißschutz ausgeführt werden, so dass auch die Verarbeitung aggressiver Stoffe langzeitig möglich ist.

Rückgewinnung der Rohstoffe

Im Reaktor wird die Schmelze, die zuvor im Doppelschneckenextruder auf bis zu 350°C erhitzt wurde, weiter aufgeheizt. Bei bis zu 500°C erfolgt die Pyrolyse der Polymere, die auf dem Prinzip der zufälligen Spaltung basiert und Radikale erzeugt. Gleichzeitig werden unter Sauerstoffausschluss Kettenreaktionen ausgelöst, die zur Spaltung der Polymere in ein Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen führen. Die wichtigsten Faktoren zur Steuerung dieses Prozesses sind die Verweilzeit, die Temperatur und die Art des Pyrolysemittels.

Alle anorganischen Bestandteile des Post-Consumer-Abfalls verbleiben im Sumpf des Reaktors und werden dort ausgeschleust. Die organischen Kohlenwasserstoffe der Polymere verflüchtigen sich. Sie werden zu Monomeren, petrochemischen Grundstoffen oder Synthesegasen umgewandelt und in einem Destillator zu marktfähigen Produkten, wie Öl, Schweröl oder Wachsen, weiterverarbeitet.

Chemisches Recycling kann Einschränkungen des mechanischen Recyclings überwinden

Der von der Universität Gent für die Forschungen eingesetzte Doppelschneckenextruder ZSK von Coperion eignet sich aufgrund seiner intensiven Dispergier- und Entgasungsleistung in besonderem Maße für das engergieeffiziente Chemische Recycling von gemischten Kunststoffabfällen. Foto: Coperion

Die Universität Gent forscht intensiv und erfolgreich am chemischen Recycling-Prozess. Auch wenn das mechanische Recycling von Kunststoffen als eine sehr praktikable Methode der Kunststoffwiederverwertung gilt, weist sie aufgrund der Schwierigkeiten bei der Abfalltrennung Grenzen auf, so Coperion. Mit chemischem Recycling können diese Einschränkungen überwunden werden.

Der Doppelschneckenextruder ZSK von Coperion wird Teil eines neuen Aufbaus für chemisches Recycling an der Universität Gent sein. Er wird unter anderem mit einem Wirbelreaktor gekoppelt sein; so fließt der geschmolzene Kunststoff direkt in den Reaktor. Es können verschiedene Technologien zur Umwandlung der Kunststoffabfälle in Chemikalien eingesetzt werden, so zum Beispiel die katalytische Pyrolyse oder die thermo-chemische Verarbeitung (Cracken).

„Wir sind stolz darauf, die renommierte Universität Gent mit unserem Know-how und unserer Technologie bei ihren Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten rund um das chemische Recycling von Kunststoffen unterstützen zu dürfen. Wir sehen das chemische Recycling als wegweisenden Prozess für die Rückgewinnung von Rohstoffen aus gemischten Kunststoffabfällen. Mit dieser Methode wird es uns langfristig gelingen, unsere wertvollen Ressourcen zu schonen. Sobald die Recycling-Anlage rund um den ZSK-Doppelschneckenextruder bei der Universität Gent ihren Betrieb aufgenommen hat, steht diese auch unseren Kunden für Tests zur Verfügung“, sagt Jochen Schofer, Business Segment Manager Recycling & Direct Extrusion bei Coperion.

Über die besondere Eignung der ZSK-Extruder für das Recycling hat die K-ZEITUNG bereits im Umfeld der K 2019 berichtet.

gk

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