Glasfaserkunststoff ist als Verbundwerkstoff (mit Polymerharz verstärkte Glasfaser) in herkömmlichen Recyclinganlagen nicht ohne Weiteres recycelbar. Es gibt jedoch innovative Technologien, mit denen sich die Glasfasern aus Produkten am Ende ihrer Lebensdauer zurückgewinnen lassen, indem sie vom Harz getrennt und in neuen Produktionsprozessen wiederverwendet werden. Diese Technologien liegen in unterschiedlichen technologischen Reifegraden vor, und nicht alle sind auf industrieller Ebene verfügbar.
Die derzeit wichtigste Technologie für das Recycling von Verbundwerkstoffen ist der Einsatz in Zementöfen (auch als Co-Processing bekannt), bei dem der Abfall teilweise in die Zusammensetzung des Zements eingeht und teilweise als Brennstoff dient.
Verbundwerkstoffe können außerdem durch mechanisches und elektromechanisches Recycling (Zerkleinerung durch Hochspannungsimpulse) oder durch thermische Verfahren (Pyrolyse, Wirbelschichtvergasung und thermochemische Depolymerisation) bzw. thermochemische Verfahren (Solvolyse) recycelt werden.
Das Co-Processing ist eine innovative, in Zementwerken eingesetzte Technologie, mit der sich Abfälle auf Basis von Glasfaserkunststoff im Rahmen des Zementherstellungsprozesses verwerten lassen. Diese Methode ist speziell für Materialien mit Glasfasern geeignet und nicht für die Behandlung von mit Kohlenstofffasern verstärkten Verbundwerkstoffen geeignet.
Beim Co-Processing ersetzen die Glasfasern und die anorganischen Füllstoffe in den Verbundwerkstoffen teilweise die Rohstoffe (wie Calciumcarbonat), die normalerweise für die Klinkerherstellung verwendet werden. Gleichzeitig wird die Harzkomponente als alternativer Brennstoff zu fossilen Brennstoffen wie Petrolkoks eingesetzt.
Diese doppelte Funktion macht das Co-Processing zu einem Verfahren, das:
- effizient ist (Materialien und Brennstoffe werden gleichzeitig verwertet),
- skalierbar ist,
- schnell
Zudem ermöglicht es, den CO₂-Fußabdruck der Zementherstellung um etwa 16 % zu senken.
Die Emissionsreduzierung ergibt sich aus:
- dem Einsatz bereits decarbonisierter Rohstoffe, wie z. B. dem in den Glasfasern enthaltenen Calciumoxid, wodurch die mit der Zersetzung von mineralischem Calciumcarbonat verbundene CO₂-Freisetzung vermieden wird;
- der optimalen Verteilung zwischen Harz und mineralischer Füllung, die die Verbrennungseffizienz verbessert und den energetischen Wirkungsgrad des Ofens optimiert.
Dank des Co-Processing lassen sich Abfallstoffe in einen tugendhaften industriellen Kreislauf integrieren, wodurch der Verbrauch natürlicher Ressourcen verringert und die Deponierung vermieden wird.
Die kontrollierte mechanische Zerkleinerung ist ein Recyclingverfahren für Verbundwerkstoffe, das auf der kontrollierten Zerkleinerung des Materials am Ende seiner Lebensdauer basiert. Es handelt sich um ein effektives Verfahren mit niedrigen Kosten und geringem Energiebedarf, was es zu einer nachhaltigen Lösung für zahlreiche Verbundwerkstoff-Abfallströme macht.
Durch dieses Verfahren werden gewonnen:
- kurze Fasern, die als Verstärkungselemente wiederverwendet werden können;
- Pulver aus der Polymermatrix, das als Füllstoff eingesetzt werden kann.
Auch wenn die Zerkleinerung die ursprünglichen Eigenschaften des Materials verringert – mit einem teilweisen Verlust der physikalisch-mechanischen Eigenschaften – behält das recycelte Material dennoch nützliche Eigenschaften, die es für zahlreiche Anwendungen geeignet machen, darunter:
- Einrichtungsgegenstände,
- Industriekomponenten,
- Lösungen, bei denen das recycelte Material eine sekundäre strukturelle Funktion übernimmt.
Dieses Verfahren ermöglicht eine gute Gesamtenergierückgewinnung, ist flexibel hinsichtlich der unterschiedlichen behandelten Verbundwerkstofftypen und bietet Vorteile hinsichtlich Kostensenkung und Umweltbelastung.
Die Pyrolyse ist ein thermisches Rückgewinnungsverfahren, mit dem sowohl die Fasern als auch die durch die Zersetzung der Polymermatrix entstehenden Kohlenwasserstoffprodukte getrennt und rückgewonnen werden können. Die gewonnenen Kohlenwasserstoffe können wiederverwendet werden, um den Gesamtenergieverbrauch des Verfahrens zu senken.
Im Vergleich zu anderen Recyclingtechnologien ermöglicht die Pyrolyse die Gewinnung hochwertigerer recycelter Materialien, insbesondere bei den Fasern. Allerdings:
- erfahren die Glasfasern dennoch einen Qualitätsverlust, da die oberflächliche Schlichte entfernt wird (die für die Haftung an der ursprünglichen Matrix wesentlich ist);
- kann die Einwirkung hoher Temperaturen die Fasern weiter schädigen und ihre mechanische Festigkeit verringern.
Aus wirtschaftlicher Sicht erfordert die Pyrolyse:
- hohe Anfangsinvestitionen,
- höhere Betriebskosten im Vergleich zu anderen Recyclingmethoden.
Die Solvolyse ist ein Verfahren der chemischen Zersetzung von Verbundwerkstoffen, bei dem Lösungsmittel (wie Wasser, Alkohol oder andere chemische Substanzen) verwendet werden, um die Fasern von der Polymermatrix zu trennen. Die Behandlung erfolgt bei kontrollierten Temperaturen und Druck, die im Allgemeinen niedriger sind als bei der Pyrolyse erforderlich.
Dank der niedrigeren Temperaturen bietet die Solvolyse:
- ein geringeres Schädigungsrisiko für die Fasern,
- eine bessere Erhaltung der ursprünglichen mechanischen Eigenschaften.
Zu den vielversprechendsten Technologien zählt die Solvolyse mit unterkritischem Wasser, die nicht nur die Rückgewinnung nahezu unbeschädigter Fasern ermöglicht, sondern auch die Rückgewinnung flüssiger chemischer Substanzen aus der abgebauten Matrix. Diese Verbindungen können wiederverwendet werden, um neue Harze für Verbundwerkstoffe herzustellen, wodurch die Kreislauffähigkeit des Verfahrens weiter verbessert wird.
Die Solvolyse bietet außerdem:
- gute industrielle Skalierbarkeit, bringt jedoch auch mit sich:
- hohe Anfangsinvestitionen,
- erhebliche Betriebskosten,
- ein mögliches Umweltrisiko, das insbesondere im Zusammenhang mit dem Umgang mit den eingesetzten Lösungsmitteln sorgfältig gesteuert werden muss.
Derzeit ist das Verfahren wirtschaftlich vor allem für Kohlenstofffasern tragfähig, dank ihres hohen Marktwerts. Die Pyrolyse ist hingegen noch nicht weit verbreitet auf industrieller Ebene, hauptsächlich aufgrund der begrenzten Mengen an zu recycelndem Material.
Die Wirbelschichtvergasung ist ein thermisches Zersetzungsverfahren, das der Pyrolyse ähnlich ist, sich jedoch durch unterschiedliche Betriebsweisen und andere Endprodukte unterscheidet.
Während der Vergasung wird:
- die Polymermatrix der Verbundwerkstoffe hauptsächlich in gasförmige Produkte zersetzt,
- diese Gase werden zurückgewonnen und innerhalb desselben Prozesses zur Energieerzeugung genutzt.
Im Gegensatz zur Solvolyse ermöglicht die Vergasung keine direkte Rückgewinnung wiederverwendbarer chemischer Substanzen zur Formulierung neuer Polymermatrizen, da der Großteil der organischen Substanz vollständig in Gas umgewandelt wird.
Ein großer Vorteil des Verfahrens ist seine Fähigkeit, komplexe und gemischte Verbundwerkstoffe zu behandeln, wie zum Beispiel:
- lackierte Laminate,
- mit Schaumstoffen oder anderen Substraten gekoppelte Materialien.
Diese Eigenschaft macht die Vergasung besonders geeignet für die Rückgewinnung komplexer struktureller Bauteile, die mit anderen Technologien nur schwer recycelt werden können.
Die Zerkleinerung mit Hochspannungsimpulsen ist eine elektromechanische Trenntechnologie, mit der sich die Polymermatrix wirksam von den Fasern der Verbundwerkstoffe trennen lässt, wobei elektrische Entladungen statt Wärme oder Lösungsmittel eingesetzt werden.
Diese Methode zeichnet sich durch folgende Fähigkeiten aus:
- Erhaltung der Faserintegrität, wodurch die Fasern länger und sauberer ausfallen als bei herkömmlichen mechanischen Verfahren (wie der Zerkleinerung),
- Minimierung der Kontamination zwischen Matrix und Verstärkung während der Trennung.
Allerdings erfordert die Technologie:
- hohe elektrische Energiemengen,
- erhebliche Investitionen sowohl für die Anlage als auch für den Betrieb.
Aus diesen Gründen ist sie eine interessante Lösung für Anwendungen mit hoher Wertschöpfung, bei denen die Qualität des recycelten Materials die Verfahrenskosten rechtfertigt.
Die thermochemische Depolymerisation ist ein innovatives Verfahren, mit dem sowohl die Verstärkungsfasern als auch die Polymermatrix der Verbundwerkstoffe durch eine thermische Behandlung in Kohlendioxidatmosphäre (CO₂) rückgewonnen werden können.
Im Unterschied zu anderen thermischen Verfahren:
- erfordert diese Technik keine aggressiven chemischen Reagenzien,
- erzeugt sie eine wiederverwendbare organische Flüssigfraktion,
- kann sie komplexe Verbundwerkstoffe behandeln, auch solche mit Kernmaterialien (wie PS, PU, PET), Metalleinsätzen oder Holz (z. B. Balsaholz).
Wie das Verfahren funktioniert
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- Depolymerisation der Matrix – In Anwesenheit von CO₂ zersetzt sich das Polymer auf molekularer Ebene und erzeugt kondensierbare Dämpfe, die nach der Reinigung eine mit Neuharzen kompatible organische Flüssigkeit ergeben (ungesättigter Polyester, Vinylester oder Epoxidharz). Diese Flüssigkeit kann gemischt und repolymerisiert werden und trägt so zur Herstellung neuer Verbundwerkstoffe bei. In manchen Fällen ist es auch möglich, wertvolle chemische Verbindungen wie Phthalsäureanhydrid zurückzugewinnen.
- Kalzinierung des festen Rückstands – In dieser Phase werden die verbleibenden organischen Rückstände entfernt und die Verstärkungsfasern sowie eventuelle anorganische Füllstoffe zurückgewonnen.
Wichtigste Vorteile
- Rückgewinnung beider Verbundwerkstoffkomponenten (Fasern + Matrix)
- Direkte Kompatibilität mit Neuharzen
- Nachhaltige Behandlung, dank der Wiederverwendung von CO₂ und dem Fehlen toxischer Reagenzien
- Wirtschaftlich vorteilhafter als andere thermische Verfahren, dank der hohen Ausbeute an wiederverwendbarem Produkt
