Die Flachmatrizenpresse von AMANDUS KAHL als elementarer Baustein des chemischen Kunststoffrecyclings
Die Flachmatrizenpresse von AMANDUS KAHL als elementarer Baustein des chemischen Kunststoffrecyclings
Akahl
Die Amandus Kahl GmbH & Co. KG aus Reinbek, Deutschland, bietet mit ihrer Pelletpresse eine Möglichkeit, großvolumige Kunststoffabfälle zu kompakten, dosierfähigen Pellets zu verarbeiten, die in einen chemischen Recyclingprozess gespeist werden können. Auf diese Weise trägt das Unternehmen zu einem entscheidenden Beitrag einer Kreislaufwirtschaft im Kunststoffbereich bei, welcher fossile Ressourcen schont und einen positiven Effekt im Kampf gegen den Klimawandel hat.
Kaum ein Thema wird in den letzten Jahren in der Politik und in der Gesellschaft so viel und intensiv diskutiert wie der Klimawandel und damit einhergehende benötigte Maßnahmen, wie man die Erderwärmung eindämmen kann. Immer wieder fallen bei diesem Thema Stichworte wie „CO2“, „Treibhausgase“ und „fossile Rohstoffe“. Um den Klimawandel effektiv zu bekämpfen, benötigt es eine Vielzahl von Maßnahmen – sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich. Einen wichtigen Beitrag kann hierbei das chemische bzw. stoffliche Recycling von Kunststoffen leisten, mit dem der Einsatz von Erdöl und somit die Emissionen von CO2 eingespart werden können.
Kunststoffe wie Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET) und viele weitere sind heute nahezu in jeder Verpackung, in einer Vielzahl von Kleidungsstücken und sogar in diversen medizinischen Produkten zu finden. Durch ihre guten technischen Eigenschaften, wie beispielsweise Formbarkeit, Härte, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Wärmeform- und chemische Beständigkeit, sind sie für viele Anwendungen ein idealer Rohstoff. 1950 lag die weltweite Produktion von Kunststoffen lediglich bei rund 1,5 Millionen Tonnen, die Schwelle von 100 Millionen Tonnen wurde nur 40 Jahre später überschritten. Heute werden auf dem gesamten Kontinent jährlich über 360 Millionen Tonnen an Kunststoffen produziert.
Erdöl ist der wichtigste Rohstoff für nahezu alle Kunststoffarten. Wie für ca. 90 % aller in Deutschland hergestellten chemischen Produkte, wird auch für die Kunststoffherstellung der fossile Energieträger Erdöl benötigt. So stecken in einer 250 ml Shampooflasche aus PE ungefähr 1,1 Liter des „schwarzen Goldes“, wie Erdöl früher auch genannt wurde. Doch diese Bezeichnung gehört längst der Vergangenheit an. Schon seit Langem ist bekannt, dass der Einsatz von Erdöl Treibhausgase freisetzt, die für die Erwärmung der Erdatmosphäre sorgen und den Klimawandel beschleunigen.
Ein Großteil der Kunststoffe wird häufig nur kurz und einmalig benutzt. Beispiele sind Schläuche und Kanülen in der Medizintechnik, Verpackungen für Lebensmittel oder aber Bestandteile von Hygiene- und Pflegeprodukten. Nach ihrem kurzen Einsatz werden die verschiedenen Kunststoffe in den Müll geworfen und gelangen im schlimmsten Fall sogar in die Natur, wo sie teilweise – zusätzlich zum CO2-Ausstoß bei der Produktion – gravierende Umweltschäden verursachen. Doch auch bei den derzeit gängigen „Recyclingmethoden“ schadet der Kunststoffabfall der Umwelt. In der Vergangenheit und auch heutzutage noch wird der überwiegende Teil der Kunststoffe entweder in Form von Ersatzbrennstoffen thermisch verwertet – also verbrannt, um daraus Energie zu gewinnen – oder aber in der Landauffüllung genutzt bzw. auf Halde gebracht. Bei der Verbrennung werden große Mengen an CO2 freigesetzt und durch die Landauffüllung gelangt Mikroplastik in die Umwelt.
Umdenken im Bereich des Kunststoffrecyclings
In den letzten Jahren hat auf dem Gebiet des Kunststoffrecyclings allerdings mehr und mehr ein Umdenken stattgefunden. So wird der Kunststoffabfall nicht mehr nur als Müll, sondern als Rohstoff angesehen. Statt den Kunststoffabfall nach wie vor umweltschädigenden Recyclingverfahren – die eher ein „Downcycling“ darstellen – zuzuführen, geht man nun dazu über, zumindest einen Teil der Kunststoffe chemisch bzw. stofflich zu recyceln. Obwohl die Herstellung von neuen Kunststoffen teilweise noch günstiger ist, als diese vollständig zu recyceln, ist ein deutlicher Aufschwung im Bereich des chemischen Kunststoffrecycling zu verzeichnen. Gründe hierfür sind zum einen die steigenden Ölpreise, die einen direkten Einfluss auf die Herstellungskosten von Kunststoffen haben. Zum anderen hat die EU-Kommission unter Ursula van der Leyen im Zuge des European Green Deal vom 11. Dezember 2019 die gesetzlichen Quoten für das chemische Kunststoffrecycling angehoben. So sind die Mitgliedsstaaten dazu verpflichtet, bis 2030 ein Drittel der anfallenden Kunststoffabfälle chemisch zu recyceln.
Das chemische Recycling von Kunststoffen erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird der Kunststoffabfall gereinigt, vorsortiert und von Fremdstoffen wie beispielsweise Metallen, Steinen und Gummibauteilen befreit. Danach werden die teilweise bis zu mehreren Quadratmeter großen Kunststoffteile zerkleinert, um sie besser handhaben zu können. Aufgrund der äußerst geringen Schüttdichte – teilweise nur 10 kg/m³ - ergeben sich trotz Vorzerkleinerung immer noch enorme Volumina. Die vorzerkleinerten Kunststoffe werden mit der Flachmatrizenpresse von AMANDUS KAHL zu kompakten und dosierfähigen Pellets gepresst. So können Frachtkosten reduziert und das Handling erleichtert werden. Vor allem erhält man durch die Pelletierung einen Grundstoff, mit dem man den eigentlichen chemischen Recyclingprozess kontinuierlich und gleichmäßig speisen kann. Nach der Pelletierung wird der Kunststoff mittels eines Extrusionsprozesses aufgeschmolzen und homogenisiert. Anschließend erfolgt in einem thermochemischen Prozess die Aufspaltung der Polymerketten in die einzelnen Monomere. Die Monomere werden dann voneinander sortenrein getrennt, gelagert und können so als „Virgin Material“ für den Herstellungsprozess von neuen Kunststoffen vermarktet werden. Zusammenfassend wird also beim chemischen Recycling die polymere Grundstruktur der Kunststoffe in die monomeren Grundbausteine zerlegt, um daraus wieder neuwertige Kunststoffe herstellen zu können. Dieser Prozess ermöglicht es, die Kunststoffe vollends zu recyceln, sodass eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft entsteht.
Pelletierung mit KAHL Flachmatrizenpresse als wichtiger Prozessschritt
Der chemische Recyclingprozess besteht aus vielen einzelnen Prozessschritten, die genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Um den gesamten Prozess möglichst effizient und wirtschaftlich zu gestalten, ist die Aufbereitung des Kunststoffabfalls von besonderer Wichtigkeit. Hierbei stellt die Flachmatrizenpresse von AMANDUS KAHL einen elementaren Baustein dar. Aufgrund der geringen Schüttdichte des Kunststoffabfalls und den großen anfallenden Mengen ergeben sich enorme Volumina, die es zu verarbeiten gilt. Durch die Pelletierung können die nachgeschalteten Prozesse, besonders die Extrusion, kontinuierlich und gleichmäßig gespeist werden. Sogar die Durchsatzleistung dieser Prozessschritte lässt sich durch die aus der Pelletierung resultierende Erhöhung der Schüttdichte deutlich steigern. Dies ist ein wichtiger Faktor, um die Wirtschaftlichkeit des chemischen Recyclingprozesses zu gewährleisten.
Der Materialeintrag in die Pelletpresse erfolgt im freien Fall ohne eine Zwangsspeisung oder Umlenkung, wodurch ein störungsfreier Materialeintrag gewährleistet wird. Das gilt besonders bei voluminösen und inhomogenen Materialien. Die Flachmatrizenpressen von AMANDUS KAHL verfügen über einen Matrizendurchmesser von bis zu 1500 mm. Der Durchmesser der Matrizenlochung und der damit einhergehende Durchmesser der Pellets kann je nach Anforderung der nachgeschalteten Prozesse zwischen 4 und 20 mm variieren. Der große Pressenraum der Flachmatrizenpresse erlaubt eine sichere Materialzufuhr vor die rotierenden Kollerrollen. Jede Pelletpresse verfügt über eine individuelle Regelung der Materialdosierung, sodass immer die optimale Materialmenge in die Maschine eingetragen wird. Aufgrund der niedrigen Drehzahl der Pelletpresse und der damit verbundenen geringen Kollerumfangsgeschwindigkeit kann das Material beim Pelletiervorgang optimal entlüftet und in die Bohrungen der Matrize eingepresst werden. Dadurch wird außerdem die Lebensdauer der Lagerung deutlich verlängert, der ruhige, vibrationsarme Pressenlauf reduziert die Geräuschemission der Presse deutlich. Eine Presshydraulik mit automatischer Kollerspaltüberwachung und –korrektur gewährleistet eine optimale Prozessführung und Produktqualität, indem Prozessdruck sowie Dicke der Materialschicht auf der Matrize während des Betriebs automatisch an mögliche Materialschwankungen angepasst werden. In Kombination mit einer intelligenten Schmierung der Kollerrollenlagerung während des Betriebs wird der Wartungseinsatz an den Maschinen deutlich reduziert und die Verfügbarkeit der Maschinen erhöht. Die robuste Bauweise macht die Pelletpressen unempfindlich gegen Einflüsse von Störstoffen, die bei inhomogenen Abfallfraktionen häufig vorkommen kann. Der auf die Montage bezogene einfache Aufbau der Maschine und die gute Zugänglichkeit der Presswerkzeuge ermöglichen einen schnellen Wechsel von Kollerrollen und Matrizen, was ebenfalls der Verfügbarkeit der Anlage zugutekommt. Durch die Pelletierung mit der AMANDUS KAHL Flachmatrizenpresse kann die Schüttdichte der Kunststofffraktionen abhängig vom Eingangsmaterial um das bis zu 30-fache erhöht werden.
Langjährige Erfahrung und Kombinierbarkeit mit KAHL – Bandtrocknungsaggregaten gewährleisten einen stabilen, sicheren und energieeffizienten Pelletierbetrieb
Kunststoffabfallfraktionen sowohl aus dem industriellen als auch aus dem Siedlungsbereich gehören zu den am schwierigsten zu verarbeitenden Materialien. Besonders bei Fraktionen aus Siedlungsabfällen ändern sich jahreszeitlich und regional Zusammensetzung, Größe oder Ausgangsfeuchtigkeit. Durch die jahrelange Erfahrung ist AMANDUS KAHL dieser Aufgabe gewachsen und kann mit verschiedenen Anforderungen umgehen. Denn bereits seit Anfang der 1980er Jahre liefert AMANDUS KAHL Flachmatrizenpressen für die Verarbeitung vorsortierter und vorkonditionierter Abfallfraktionen mit dem Ziel, diese Abfälle für nachgeschaltete Prozessschritte in unterschiedliche kundenspezifische Qualitäten zu konfektionieren.
Ein besonderes Augenmerk bei der Verarbeitung von Kunststoffabfällen muss auf die Feuchtigkeit gelegt werden. Ein zu hoher und vor allem schwankender Feuchteanteil führt zu einem instabilen Prozess und ist besonders für die nachfolgende Extrusion problematisch. Durch die Vortrocknung des Eingangsmaterials mit einem Bandtrockner von AMANDUS KAHL kann die Feuchtigkeit reduziert und homogenisiert werden. Das Eingangsmaterial wird hierbei gleichmäßig auf ein Band verteilt, welches das Material in regelbarer Geschwindigkeit durch den Trockner führt. Das Material wird dabei von vorgewärmter Luft durchströmt. Durch den modularen Aufbau in Segmenten kann der Trockner genau auf die gewünschte Durchsatz- und Trocknungsleistung ausgelegt und im Bedarfsfall problemlos erweitert werden.
Für die Vorkonditionierung der Trocknungsluft kann hierbei die Abwärme aus dem thermochemischen Reaktor, der die Polymerketten in ihre monomeren Grundbausteine zerlegt, genutzt werden. Folglich erfordert die Trocknung keine zusätzliche Energie, was den gesamten Recyclingprozess deutlich effizienter werden lässt.
Enge Zusammenarbeit mit KraussMaffei sorgt für eine ganzheitliche Lösung zur Vorkonditionierung des Kunststoffabfalls
Um dem Kunden ab der Vorsortierung und Reinigung der Kunststoffe eine ganzheitliche Lösung zur Vorkonditionierung der Abfallfraktionen bieten zu können, arbeitet AMANDUS KAHL mit dem Extrusionsbereich von KraussMaffei in Hannover zusammen. Durch die enge Zusammenarbeit werden beide Prozessschritte, sowohl die Pelletierung von AMANDUS KAHL als auch die Extrusion von KraussMaffei, genau aufeinander abgestimmt. Die Erhöhung der Schüttdichte vereinfacht die Handhabung der Kunststoffe und erhöht die Durchsatzleistung sowie die Prozesssicherheit im Extruder.
Derzeit errichtet KraussMaffei das weltweit größte und modernste Technologiezentrum für die Kunststoffextrusion in seinem neuen Werk in Hannover-Laatzen. AMANDUS KAHL stellt dafür eine Pelletpresse bereit, um die Kombination aus Presse und Extruder zu testen, weiterzuentwickeln und dem Kunden vorführen zu können.