Kunststoffe
FBA über
Vorwort ......
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Kunststoffe allgemein ......
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1.1 Was sind Kunststoffe? ...
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2 Die Geschichte der Kunststoffe ......
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1.3 Wie werden Kunststoffe hergestellt? .....
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1.4 Die Kunststoffarten .....
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1.4.1 Thermoplaste ...
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1.4.2 Duroplaste .
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1.4.3 Elastomere .
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1.4.4 Standardkunststoffe ..
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4.5 Hochleistungskunststoffe .....
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1.4.6 Technische Kunststoffe ...
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1.4.7 Warum gibt es so viele Kunststoffarten? ....
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1.5 Welche Vorteile haben Kunststoffe? ..
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1.5.1 Sie sind leicht .
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1.5.
2 Sie lassen sich leicht und kostengünstig formen ......
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1.5.3 Sie sind gute Isolatoren für Wärme und elektrischen Strom .. 11
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5.4 Sie sind flexibel und anpassungsfähig .....
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1.6 Wieviel Kunststoff wird produziert und verbraucht? .....
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1.
6.1 Produktion von Rohkunststoffen in Österreich .....
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1.6.
2 Kunststoffverarbeitung in Österreich ......
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1.6.3 Wo werden Kunststoffe eingesetzt? ....
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1.
7 Wieviel Erdöl wird für die Herstellung verbraucht? ......
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Kunststoffe und Umwelt .
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2.1 Wieviel Energie wird für die Herstellung verbraucht? ....
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2.2 Welche Zusatzstoffe werden verwendet? .
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2.3 Was ist die ÖKOBILANZ? ..
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2.4 Abbaubare Kunststoffe .....
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2.4.1 Herstellung von Abbaubaren Kunststoffen ...
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2.4.2 Einsatzgebiete von Abbaubaren Kunststoffen ...
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Kunststoffabfälle ...
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3.1 Wieviel Abfall fällt an? ....
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Kunststoffverwertung ..
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4.1 Die 3 Wege der Kunststoffverwertung ....
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4.
2 Stoffliche Verwertung oder Materialrecycling ......
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4.2.1 Wo wird Regranulat eingesetzt? .
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4.2.2 Grenzen der stofflichen Verwertung ...
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4.3 Rohstoffliche oder chemische Verwertung .
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4.4 Hydrolyse von Kunststoffen .....
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4.5 Synthesegasherstellung .....
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4.5.1 Verwendung von Methanol ....
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4.
6 Energetische oder thermische Verwertung ......
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4.7 Was wird gesammelt? .....
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Zusammenfassung ...
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Abbildungsverzeichnis ...
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Literaturverzeichnis ..
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Sehr geehrte Damen und Herren!
Ich habe mich für das Thema Kunststoffe entschieden, da mir bei der Durchsicht einiger Materialien, im Vorfeld der Arbeit, die relativ kurze Zeit der Existenz von Kunststoffen und ihre Vielseitigkeit besonders aufgefallen ist.
Kunststoffe gibt es erst seit circa 140 Jahren und dennoch sind sie in dieser kurzen Zeitspanne zu einem der wichtigsten, wenn nicht sogar dem wichtigsten, Werkstoffe geworden.
Sie sind aus unserem täglichen Leben überhaupt nicht mehr wegzudenken, denn sie übernehmen allerlei wichtige, teilweise sogar lebenswichtige Aufgaben. Sei es als Verpackungsmaterial, das Lebensmittel vor äußeren Einflüssen wie Verschmutzung, Qualitätsverlust und Verderben bewahrt, oder als Dämm– und Isoliermaterial in der Baubranche, um nur einige Anwendungsgebiete zu nennen.
Durch diese ersten Informationen neugierig geworden, entschied ich mich dem Thema und somit dem Grund für die vielseitige Verwendbarkeit von Kunststoffen nachzugehen.
Hiermit wünsche ich Ihnen viel Spaß bei der Durchsicht meiner Fachbereichsarbeit!
1. Kunststoffe allgemein
1.1 Was sind Kunststoffe?
Kunststoffe sind organische Werkstoffe, deren Hauptbestandteil Kohlenstoff ist. Fast alle Kunststoffe enthalten zusätzlich Wasserstoff, viele auch Sauerstoff oder Stickstoff. Wesentlich seltener findet man Schwefel, Chlor, Fluor oder Silizium in Kunststoffen.
Die Elemente sind zu riesigen, kettenförmigen oder netzartigen Molekülen zusammengeschlossen, die man wegen ihrer Größe als Makromoleküle bezeichnet.
Abb. 1: Modell eines Kunststoffmoleküls
Zahlreiche Naturstoffe wie etwa Zellulose, Stärke, Eiweißstoffe oder Harze sind ebenfalls aus Makromolekülen aufgebaut.
Abb. 2: Modell eines Zellulosemoleküls
1.2 Die Geschichte der Kunststoffe
Die Geschichte der Kunststoffe beginnt vor circa 140 Jahren mit der Entwicklung von Celluloid aus Cellulose.
Zwar gab es schon im Mittelalter Rezepte zur
Herstellung von Kaseinharz und 1761 wurde in Frankreich Kautschuk zur Produktion von Schläuchen verwendet, doch die eigentliche Geschichte der
Kunststoffe beginnt erst mit der großtechnischen Nutzung der Kunststoffe selber und der Verfahren zu ihrer Herstellung.
Die Grundsteine für die Kunststoffchemie wurden schon in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts gelegt. Denn bereits 1837 entdeckte Justus von Liebig das Formaldehydharz und in den beiden darauffolgenden Jahren wurde Polyvinylchlorid im Labor hergestellt und die Polymerisation von Styrol beobachtet. Die großtechnische Nutzung dieser drei Kunststoffe begann jedoch
erst in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts.
Obwohl die halbsynthetischen Kunststoffe Celluloid und Kunsthorn begannen sich auf dem Markt zu behaupten, waren die Chemiker immer noch auf der Suche nach vollsynthetisch zu erzeugenden Makromolekülen. Leo Hendrik Baekeland suchte diese Möglichkeit auf dem Gebiet der Phenol – Formaldehyd – Kondensation. Er fand die schon 1872 von A. Bayer beschriebenen, in Vergessenheit geratenen, Aufzeichnungen über „die Reaktion von Formaldehyd – Lösungen mit Phenol“. Baekeland veränderte bei den Versuchen die Anteile von Säuren oder Alkalien und erhielt so technisch verwertbare Harze. Er schlug außerdem die Verwendung von Druck bei der Aushärtung der Harze vor, um dadurch ein weitgehend blasenfreies Produkt zu erhalten.
1909 begann Baekeland mit der Produktion des nach ihm benannten Bakelits. Ihm war es somit gelungen den ersten vollsynthetisch hergestellten Kunststoff technisch zu nutzen. Bakelit fand einen bedeutenden Einsatz in der damaligen Elektroindustrie und auch heute werden Phenolharze noch viel genutzt, vor allem als Bindemittel und für selbstschmierende Lager. Hierfür sind sie aufgrund ihrer Charakteristika wie Wärmebeständigkeit, Festigkeit und Härte besonders gut geeignet.
Im selben Jahr untersuchte Stobbe die Polymerisierbarkeit des Styrols. Die industrielle Großproduktion begann jedoch erst 1936.
Die lange Zeit zwischen
Entdeckung und Nutzung des Polystyrols liegt zum Einen in den damaligen
wirtschaftlichen Verhältnissen und zum anderen in dem fehlenden Interesse der chemischen Industrie an synthetisch hergestellten Harzen begründet. Heutzutage ist Polystyrol einer der am meisten benutzten, da vielseitigsten, Kunststoffe. Seine Verwendung reicht von Verpackungsmaterial über Spielwaren und
Campinggeschirr bis hin zu optischen Linsen.
1922 schuf Hermann Staudinger die Grundlage für die spätere Kunststoffchemie. Denn er war der erste der davon ausging, dass „alle organischen Werkstoffe aus riesig langen Molekülketten bestehen“ und führte für Molekülketten miteiner Länge von mindestens 1.000 Atomen den Begriff Makromoleküle ein.
1.3 Wie werden Kunststoffe hergestellt?
Bei der Herstellung von Kunststoffen werden bestimmte Makromoleküle systematisch aufgebaut. Der Aufbau erfolgt aus einer Vielzahl kleiner gleichartiger Bausteine, die durch chemische Reaktion miteinander verbunden werden. Kunststoffe werden daher auch als polymere Stoffe bezeichnet, da sie durch das Aneinanderreihen und Verbinden sehr vieler Teile (poly = viele, meros_=_Teil) entstehen. In der Chemie nennt man diese Aufbaureaktionen Polymerisation.
Das regelmäßige Bauprinzip, bei dem sich ein bestimmter Teil des Makromoleküls ständig wiederholt (entsprechend den verwendeten Bausteinen), ist ebenso ein gemeinsames Merkmal aller Kunststoffe wie der Aufbau aus Makromolekülen.
Die Ausgangsstoffe ("Bausteine") für Kunststoffe sind einfach gebaute Kohlenstoffverbindungen, die heute aus Erdöl oder Erdgas gewonnen werden. Bis in die 60iger Jahre war Kohle der wichtigste Rohstoff für die Herstellung der "Kunststoffbausteine". Grundsätzlich eignen sich alle kohlenstoffhaltigen Rohstoffe als Basismaterial für die Gewinnung von Kunststoffbausteinen also auch nachwachsende Rohstoffe, wie z.B. Melasse (Rückstände aus der Zuckergewinnung).
Der Kunststoff Polyethylen, aus dem z.
B. alle Tragtaschen sind, entsteht beispielsweise durch Polymerisation tausender Ethylenmoleküle.
Abb. 3: Ethylenmoleküle
Die Namen vieler Kunststoffe geben Auskunft darüber, welche "Teilchen" für ihre Herstellung verwendet werden:
Polyethylen = "viele Ethylenteilchen"
Polypropylen = "viele Propylenteilchen"
Polystyrol = "viele Styrolteilchen"
1.4 Die Kunststoffarten
Man kennt heute weit mehr als 200 verschiedene Kunststoffarten, die man nach verschiedenen Gesichtpunkten einteilen kann.
Eine Möglichkeit der Unterscheidung ist ihr Verhalten beim Erwärmen: Man unterscheidet Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste.
1.4.1 Thermoplaste
Sie erweichen beim Erwärmen bis zum Fließen und sind in diesem plastischen Zustand leicht formbar. Beim Abkühlen werden sie wieder fest und behalten ihre Form bei. Sie bestehen aus fadenförmigen Makromolekülen, die ineinander verknäuelt aber untereinander nicht verbunden sind (wie Spagetti auf einem Teller). Beim Erwärmen beginnen sich die Makromoleküle zu bewegen und können dabei aneinander abgleiten, da sie nicht verknüpft sind und der Kunststoff schmilzt.
Die meisten der heute bekannten Kunststoffe zählen zu den Thermoplasten: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA, z.B. Nylon , Perlon , Dralon ), Polycarbonate (PC), Polyethylenterephthalat (PET, z.B. Trevira), Polymethylmethacrylat (PMMA, z.B.
Plexiglas )
1.4.2 Duroplaste
Bei diesen Kunststoffen sind die Makromoleküle in allen Raumrichtungen eng miteinander vernetzt. Duroplaste sind sehr hart und unschmelzbar. Man erhält sie, indem flüssige Ausgangsprodukte (z.B.
Reaktivharze) miteinander reagieren und dabei die vernetzten Makromoleküle aufbauen. Duroplaste sind auch nur zu dem Zeitpunkt, an dem die Makromoleküle vernetzen, formbar, d.h. sie müssen bereits bei der Herstellung auch in die gewünschte Form gebracht werden.
Zu den Duroplasten zählen: Polyurethane (PUR), Phenolharze, Harnstoff- und Melaminharze, Polyesterharze, Epoxydharze, Silikone.
1.
4.3 Elastomere
Ihr besonderes Merkmal ist ihre hohe Elastizität. Sie werden aber beim Erwärmen nicht plastisch und sind nicht schmelzbar. Ihre Makromoleküle sind an einigen Stellen miteinander verbunden und bilden ein weitmaschiges räumliches Netz. Das ist die Ursache für ihre Elastizität - das Material "federt" nach einer Verformung durch die Verknüpfung der Moleküle wieder in die Ausgangslage zurück – aber auch der Grund dafür, dass sie nicht schmelzen, da die Moleküle nicht mehr aneinander abgleiten können. Zu den Elastomeren zählen: Kautschuk, Gummi.
Eine andere Möglichkeit der Einteilung bieten die verschiedenen Eigenschaftsprofile.
Unter diesem Gesichtspunkt unterscheidet man Standardkunststoffe, Technische Kunststoffe und Hochleistungs- oder Spezialkunststoffe.
1.4.4 Standardkunststoffe
Auf sie entfallen fast 80% der Weltkunststoffproduktion. Die Anzahl der Kunststoffe in dieser Gruppe ist jedoch klein.
Polyethylen (PE) z.B. Waschmittelflaschen, Tragtaschen, Rohre
Polypropylen (PP) z.B. Margarinebecher, Stoßfänger, Teppichgarne
Polystyrol (PS), z.B.
Joghurtbecher, Wärmedämmplatten
Polyvinylchlorid (PVC), z.B. Rohre, FensterrahmenAbb. 4: Beispiele für Standardkunststoffe
1.4.5 Hochleistungskunststoffe
Sie zeichnen sich dadurch aus, dass eine oder manchmal auch mehrere Werkstoffeigenschaften besonders hervorstechen, z.
B. extreme Temperaturbeständigkeit, elektrische Leitfähigkeit, besondere Chemikalienbeständigkeit u.ä. Ihr Anteil an der Weltkunststoffproduktion liegt allerdings nur bei 0,2 %
Polyaryletherketone (PAEK),
Polyimide (PI),
Polyphenylensulfid (PPS),
flüssigkristalline Kunststoffe (LCP)
Abb. 5: Beispiel für Hochleistungskunststoffe
1.4.
6 Technische Kunststoffe
Eine große Gruppe unterschiedlicher Kunststoffe und "Kunststoff-Legierungen". Mengenmäßig entfallen allerdings nur etwa 20% der Weltkunststoffproduktion auf technische Kunststoffe. In ihren Eigenschaften sind sie den Standardkunststoffen meist überlegen, v.a. was die mechanische Festigkeit und die Temperaturbeständigkeit betrifft.
Polyamide (PA): Maschinenteile, Fasern (Nylon, Perlon, Tactel),
Polycarbonate (PC): CDs, Schutzhelme, Mikroskopteile;
Polyethylenterephthalat (PET): z.
B. Getränkeflaschen, Filme, Zahnräder, Schlafsackfüllungen;
Polymethylmethacrylat (PMMA): Autorückstrahler, Kontaktlinsen, Solarien, transparente Lärmschutzwände;
Fluorkunststoffe (PTFE, z.B. Teflon): Antihaft-Beschichtungenn für Bügeleisen, Pfannen usw., atmungsaktive Textilien (Gore-Tex), Dichtungen;
Polyurethane (PUR): Polstermöbel, Matratzen, Sportgeräte, Schuhsohlen, elastische Textilien (Elastan);
Phenol-, Harnstoff- und Melaminharze: Schaltergehäuse, Verteilerkästen, Spulenkörper, Laminatfussböden, Möbelplatten (Max-Platten);
Polyester- und Epoxydharze
Abb. 6: Smart als Beispiel für technische Kunststoffe
1.
4.7 Warum gibt es so viele Kunststoffarten?
Kunststoffe kommen in sehr unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz, von der Medizin bis zur Raumfahrt. So vielfältig und verschieden wie die Anwendungsgebiete, sind auch die Anforderungen, die an das verwendete Material gestellt werden. Ein "Einheitskunststoff" oder einige wenige "Allzweckkunststoffe" können diese spezifischen Materialanforderungen nicht erfüllen.
Der Name Kunststoffe bezeichnet eine Werkstoffgruppe und ist vergleichbar mit den Bezeichnungen Metalle oder Keramik. Wie bei Metallen oder Keramik haben die Vertreter der Werkstoffgruppe einige grundlegende gemeinsame Merkmale, in ihren individuellen Eigenschaften wie z.
B. Härte, Temperaturbeständigkeit, Transparenz usw. zeigen sie aber deutliche Unterschiede.
Abb. 7: Gebrauchstemperatur verschiedener Kunststoffe
Die individuellen Eigenschaften eines bestimmten Kunststoffes werden von den verwendeten "Bausteinen" und von der Art ihrer Verknüpfung bestimmt. Durch die Wahl geeigneter Ausgangsstoffe sind daher die Eigenschaften von Kunststoffen steuerbar und es gelingt, für eine bestimmte Anwendung einen Werkstoff mit genau passenden, sozusagen "maßgeschneiderten" Eigenschaften herzustellen.
1.5 Welche Vorteile haben Kunststoffe?
1.5.1 Sie sind leicht
Mit einer Dichte von 0,9 bis 1,5 g/cm3 zählen Kunststoffe zu den leichtsten Werkstoffen überhaupt. Lediglich Holz zeigt eine vergleichbar geringe Dichte.
Das geringe Gewicht von Kunststoffprodukten macht Kunststoffe zum effizienten Verpackungsmaterial: Bei in Kunststoff verpackten Waren entfallen durchschnittlich nur 1-3% des Produktgewichtes auf die Verpackung.
2 g Kunststofffolie verpacken 200 g Käse, in eine 85 g schwere Flasche lassen sich 1,5 Liter Flüssigkeit sicher abfüllen und ein Becher für 125 g Joghurt wiegt 3,5 g.
Leichte Kunststoffprodukte sind aber nicht nur angenehm und bequem, sondern leisten beim Bau moderner Verkehrsmittel einen wichtigen Beitrag zur Verringerung des Treibstoff- und Energieverbrauchs.
In einem heute gebauten Auto kommen etwa 140 kg Kunststoff zum Einsatz und ersetzen 200 bis 250 kg andere Materialien. 100 kg weniger Fahrzeuggewicht bedeutet eine Treibstoffersparnis von ca. 750 Liter im Laufe eines durchschnittlichen "Autolebens" von 150.000 Kilometern.
Allein die österreichischen Autofahrer sparen durch den Kunststoff-Einsatz im Automobil 300 Millionen Liter Treibstoff in einem Jahr.
1.5.2 Sie lassen sich leicht und kostengünstig formenIhre gute und vergleichsweise leichte Formbarkeit lässt der Phantasie bei der Gestaltung von Kunststoffprodukten viel Raum. Es lässt sich zwar nicht jeder Formenwunsch in der Praxis verwirklichen – aber Ideen nehmen in Kunststoff Gestalt an .
bb.
8: Verformbarkeit der KunststoffeDer Wunsch nach ungewöhnlichen und komplizierten Formen hat nicht nur optisch-ästhetische Gründe, sondern sehr oft einen technischen oder wirtschaftlichen Hintergrund.
Abb. 9: Raumschiff
1.5.3 Sie sind gute Isolatoren für Wärme und elektrisch- en en Strom
Kunststoffe sind sehr schlechte Wärmeleiter und leiten elektrischen Strom praktisch nicht. Sie sind daher besonders gut für die Herstellung von Wärmedämmprodukten und elektrischen Isolatoren geeignet.
Abb. 10: Beispiel für Isolator aus Kunststoff
Eine 5 cm dicke Isolierschicht aus Kunststoffschaum reduziert die Heizenergie und die Heizkosten eines Einfamilienhauses auf nahezu die Hälfte. Die Heizung eines nicht isolierten Hauses verbraucht pro Jahr rund 10l Heizöl/m2 Außenhaut. Durch die einmalige Verwendung von 200 kg Kunststoffdämmung ersparen sich die Bewohner eines durchschnittlich großen Einfamilienhauses (200 m2 Außenfläche) jedes Jahr 1000 Liter Erdöl und der Umwelt 2.800 Tonnen Kohlendioxidemission. Abb.
11: Isolierschicht
1.5.4 Sie sind flexibel und anpassungsfähig
Kunststoffe sind in vieler Hinsicht flexibel: zum einen was die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten betrifft, zum anderen lassen sich auch ihre Materialeigenschaften steuern und an den Einsatzbereich eines Produktes anpassen. Extrem dünne, zähe Folien sind einzigartige Produkte, die aus keinem anderen Werkstoff herstellbar sind. Sie passen sich wie eine zweite Haut vorgegebenen Formen an.
Ebenso lässt sich z.
B. die Durchlässigkeit von Kunststofffolien für Gase genau einstellen. Solche Folien erlauben es, Verpackungen herzustellen die sich auf die Haltbarkeit von Frischprodukten günstig auswirken. Durch die Folie kann nur ein kontrollierter Gasaustausch stattfinden und in der Verpackung stellt sich ein für die Haltbarkeit günstiger Sauerstoffgehalt ein. Für Salat z.B.
lässt sich mit Hilfe derartiger Verpackungen die Haltbarkeit um 50% erhöhen.
1.6 Wie viel Kunststoff wird produziert und ver-bra braucht?
Die weltweit jährlich produzierte und verbrauchte Menge an Kunststoffen liegt bei 150 Millionen Tonnen. 41 Millionen Tonnen oder 27% davon werden in Westeuropa produziert. In Österreich lag der Verbrauch von Kunststoffprodukten im Jahr 1999 bei rund 1 Million Tonnen.
1.
6.1 Produktion von Rohkunststoffen in Österreich
In Österreich werden 4 verschiedene Kunststoffe erzeugt:
Polyethylen,
Polypropylen,
schäumbares Polystyrol und
Polymethylmethacrylat (Paraglas).
Polyethylen und Polypropylen werden von der Borealis GesmbH in Schwechat produziert.
Schäumbares Polystyrol erzeugt die Sunpor Kunststoff GesmbH in St. Pölten.
Polymethylmethacrylat stellt die Para-Chemie GesmbH in Gramatneusiedl her.
9 österreichische Unternehmen beschäftigen sich mit der Produktion verschiedener Kunstharze, die für die Herstellung von Farben, Lacken, Leimen, Klebstoffen, u.ä. verwendet werden.
Abb. 12: Herstellung von Kunststoffwaren in Österreich
Im Gegensatz zu den wenigen Betrieben, die in Österreich Kunststoffe erzeugen, sind im Bereich der Kunststoffverarbeitung mehr als 1000 Unternehmen mit annähernd 25.000 Beschäftigten tätig.
1.6.2 Kunststoffverarbeitung in Österreich
1999 wurden von bereits im Kapitel 1.6.1 genannten Betrieben 750.000 Tonnen Rohkunststoffe zu Kunststoffprodukten verarbeitet.
Die wichtigsten in Österreich hergestellten Produkte sind: Verpackungsprodukte (Folien und Hohlkörper wie z.B. Fässer, Kanister, Flaschen, Dosen, Becher), technische Teile für den Automobilbau, den Maschinenbau und die Elektrotechnik sowie Rohre und Bauprodukte.
Abb. 13: Kunststoffverarbeitung in Österreich
1.6.
3 Wo werden Kunststoffe eingesetzt?
Die großen Einsatzgebiete für Kunststoffe sind:
Verpackung 33%
Bauwesen 23%
Elektronik, Elektrotechnik 11%
Automobilindustrie 9%
Möbel, Einrichtung 6%
Landwirtschaft 2%
Klebstoffe, Farben, Lacke 4%
Haushaltswaren 3%
Sonstige (z.B. Medizin) 9%
Abb. 14: Einsatzgebiete für Kunststoffe1.7 Wie viel Erdöl wird für die Herstellung verbraubraucht?
4 % des weltweit geförderten Erdöls werden für die Kunststoffherstellung verwendet. Fast 90 % werden als Brenn- oder Treibstoff eingesetzt und damit nur einmalig und kurzlebig genützt.
Abb. 15: Verbrauchte Erdölmenge
In Kunststoffprodukten bringt das Erdöl einen überwiegend langfristigen Nutzen:
55 % aller Kunststoffprodukte werden in langlebigen Bereichen eingesetzt: im Bausektor, im Fahrzeug- und Maschinenbau und in der Elektrotechnik und Elektronik.
10% der Kunststoffwaren werden in einem Zeitraum von 1 bis 10 Jahren ersetzt, z.B. Haushaltsgeräte, Haushaltswaren, Spielwaren, Sportartikel u.ä.
Abb. 16: Verwendungszweck und Einsatzdauer
35% aller Kunststoffe gehen in Anwendungsbereiche, mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von einem Jahr. Dazu gehören Teile der Verpackung, Medizinartikel, manche Büroartikel.
Im Anschluss an diese erste Gebrauchsphase erhält ein Teil der Kunststoffe durch Recycling einen zweiten Gebrauchswert. Bei Produkten, die nicht für ein "zweites Leben" in Frage kommen, lässt sich der aus dem Erdöl stammende Heizwert der Kunststoffe zur Energiegewinnung heranziehen. Kunststoffe gewährleisten eine intelligente und mehrfache Nutzung des Rohstoffes Erdöl.
Abb. 17: Recycling von Kunststoffen
Der Einsatz von Kunststoffen ermöglicht in vielen Bereichen einen sparsamen Umgang mit dem Rohstoff Erdöl. z.B. durch Wärmedämmung im Baubereich, durch Gewichtsreduktion beim Bau von Verkehrsmitteln und die damit verbundene Senkung des Treibstoffverbrauches.
2.
Kunststoffe und Umwelt
2.1 Wie viel Energie wird für die Herstellung verbr braucht?
Der Energiebedarf für Kunststoffprodukte ist oft niedriger als derjenige für Produkte aus Alternativ-Werkstoffen, obwohl der Energieverbrauch für die Herstellung eines Kilogramms Kunststoff vergleichsweise hoch liegt. Das geringe Gewicht von Kunststoffprodukten wirkt sich positiv aus.
Bei der Datenerfassung wird der Energiebedarf zunächst immer für ein Kilogramm eines Werkstoffes berechnet. Dafür werden alle erforderlichen Energiemengen addiert - von der Rohstoffgewinnung bis zum verarbeitungsfähigen Werkstoff. Rohstoffe, die auch Energieträger sind, wie z.
B. Erdöl, werden dabei ebenfalls als "materialgebundener" Energiebedarf in der Berechnung berücksichtigt.
Die folgende Darstellung gibt einen Überblick über den Energiebedarf zur Produktion von je 1kg verschiedener Werkstoffe.
Abb. 18: Energiebedarf bei der Herstellung verschiedener Stoffe
In der Praxis ist ein Vergleich der Herstellungsenergie für ein Kilogramm eines Werkstoffes aber nicht relevant. Interessant ist die Gegenüberstellung von Produkten, und dabei spielt das Gewicht des Produktes eine entscheidende Rolle.
Für die Produktion von 1 kg Glas ist deutlich weniger Energie erforderlich als für die Herstellung von 1 kg Kunststoff. Aus 1 kg Glas lassen sich aber max. drei 1L Getränkeflaschen, aus 1 kg Kunststoff dagegen 20 Flaschen mit dem gleichen Füllvolumen herstellen. Der Vergleich von Getränkeflaschen fällt eindeutig zu Gunsten des Kunststoffes aus!
2.2 Welche Zusatzstoffe werden verwendet?Zusatzstoffe oder Additive werden den Kunststoffen zur Verbesserung bestimmter Materialeigenschaften oder zur Erleichterung der Verarbeitung zugesetzt.
Man unterscheidet daher Funktionszusatzstoffe und Verarbeitungshilfsmittel.
Wichtige Funktionszusatzstoffe sind:
Lichtschutzmittel - sie schützen vor Schäden durch Licht
Antioxidantien - sie schützen vor Schäden durch Einwirkung von Sauerstoff
Füllstoffe - sie erhöhen die mechanische Festigkeit
Farbstoffe und Pigmente - sie ermöglichen farbige Kunststoffe
Weichmacher - sie erhöhen die Flexibilität bestimmter Kunststoffe
Antistatika - sie verhindern die statische Aufladung von Kunststoffprodukten an der Oberfläche
Wichtige Verarbeitungshilfsmittel sind:
Gleitmittel – sie erleichtern den Transport der Kunststoffschmelze in den Verarbeitungsmaschinen
Hitzestabilisatoren – sie schützen die Kunststoffe bei der Verarbeitung vor Schäden durch Überhitzung
Entformungshilfsmittel
Treibmittel – sie ermöglichen die Herstellung von Schaumstoffen
Funktionszusatzstoffe können ihre Wirkung nur entfalten, wenn sie während des Gebrauches der Produkte auch im Kunststoff verbleiben. Ein Additiv, das durch äußere Einflüsse, z.B. Bewitterung oder Auslaugung, aus dem Kunststoff auswandert (migriert), ist wertlos.
Bevor Zusatzstoffe in der Produktion Anwendung finden, wird daher ihr Migrationsverhalten in Tests, die sich oft über viele Jahre erstrecken, überprüft.
Für Kunststoffe, die im Lebensmittel- oder Medizinbereich verwendet werden, ist sowohl die Art der erlaubten Zusatzstoffe als auch das erlaubte "Migrationsverhalten" gesetzlich geregelt.
Die Behauptung, dass es überhaupt keine Migration von Inhaltsstoffen aus Kunststoffen gibt, ist nicht haltbar. "Nichts" ist immer nur eine Frage der Nachweisgrenze der angewandten Mess- und Analysentechnik.
2.3 Was ist die ÖKOBILANZ?Eine Ökobilanz untersucht sämtliche Umweltauswirkungen eines Produktes entlang seines Lebensweges, von der Herstellung über den Gebrauch bis zur Verwertung oder Entsorgung. Dabei werden in einem ersten Schritt der Verbrauch von Rohstoffen und Energie, die Art und die Menge aller in die Luft, das Wasser und den Boden abgegeben Schadstoffe und die entstehenden Abfallmengen erhoben. Im Idealfall werden alle Schritte auf dem Lebensweg eines Produktes untersucht, weshalb man oft auch von Lebenszyklusanalysen spricht.
In einem zweiten Schritt wird dargestellt, wie sich der Rohstoff- und Energieverbrauch und die Schadstoffemissionen auf die Umwelt auswirken. Zu diesem Zweck werden sogenannte Wirkungskategorien festgelegt. Wichtige Wirkungskategorien sind z.B. der Treibhauseffekt, die Versauerung von Boden und Wasser (saurer Regen), die Überdüngung, die Ozonbildung, Lärm, Toxizität für Mensch und Ökosystem u.a.
Manche Schadstoffe sind nur in einer Kategorie wirksam, manche dagegen gleichzeitig in mehreren Kategorien. Kohlendioxid liefert z.B. nur einen Beitrag zum Treibhauseffekt, Stickoxide dagegen tragen zur Versauerung, zur Überdüngung und zur Bildung von Ozon bei.
In der Praxis ist es aber nicht möglich, den gesamten Lebensweg eines Produktes bis ins letzte Detail zu untersuchen. Es ist daher immer notwendig die Grenzen der Bilanz festzulegen, d.
h. zu bestimmen welche Vorgänge, die in Zusammenhang mit dem Produkt stehen, in der Bilanz berücksichtigt werden und welche nicht. Strenggenommen müsste z.B. auch die Errichtung und die Instandhaltung der Produktionsanlagen berücksichtigt werden, was in der Praxis aber so gut wie nie getan wird.
Ökobilanzen werden meist erstellt, um verschiedene Produkte hinsichtlich ihrer Umweltauswirkungen miteinander zu vergleichen.
Seriös vergleichbar sind nur Produkte oder Systeme, die dem gleichen Zweck dienen und das gleiche leisten wie z.B. Verpackung für 1l eines Getränkes, 1 km Rohrleitung für den Transport einer bestimmten Menge Trinkwasser, Rahmenkonstruktionen für Fenster einer bestimmten Größe usw.
Eine Ökobilanz ist ein wertvolles Hilfsmittel, wenn es darum geht, ein Produkt hinsichtlich seiner Umweltverträglichkeit zu verbessern.
Die genaue Datenerfassung, wie sie für eine Ökobilanz notwendig ist, hat zur Folge, dass für jeden "Lebensabschnitt" eines Produktes der Einsatz von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen, der Energie- und Wasserverbrauch, die Schadstoffemissionen in Luft und Wasser sowie die Abfallmenge bekannt sind. Anhand dieser Daten können Verbesserungsmaßnahmen nicht nur geplant, sondern auch in ihrer umweltentlastenden Wirkung abgeschätzt werden.
Es ist nicht möglich, anhand einer Ökobilanz allgemeingültige generelle Aussagen über die Umweltverträglichkeit eines Materials oder eines Produktes zu machen.
Strenggenommen bezieht sich das Ergebnis einer Ökobilanz immer genau auf die untersuchte Situation, denn regionale und firmenspezifische Gegebenheiten fließen in eine Ökobilanz ein. Selbst wenn ein Produkt durch Anwendung des gleichen Herstellungsverfahrens, aber in zwei verschiedenen Betrieben, hergestellt wird, müssen die Umweltdaten nicht zwangsläufig ident sein. Die Art der Energieerzeugung, der Optimierungsgrad von Betriebsabläufen, die notwendigen Transportentfernungen, die Art der eingesetzten Transportmittel oder verschiedene Entsorgungsmöglichkeiten beeinflussen das Ergebnis einer Ökobilanz entscheidend.
Einen allgemeingültigen Lebensweg und damit eine allgemeingültige Ökobilanz eines Produktes, z.B.
einer Verpackung, gibt es daher nicht!
2.4 Abbaubare KunststoffeMit der Bezeichnung abbaubare Kunststoffe sind im allgemeinen biologisch abbaubare Kunststoffe gemeint: Kunststoffe, deren Molekülgerüst durch Umwelteinflüsse wie z.B. Sonnenlicht, Feuchte und Mikroorganismen zerlegt und vollständig abgebaut werden kann.
Der Wunsch nach Kunststoffen, die nach ihrem Gebrauch in den natürlichen Stoffkreislauf eintreten können, ist im Zusammenhang mit der Abfalldiskussion zu sehen. Die Kunststoffwissenschaft beschäftigt sich seit Jahren mit diesem Thema und heute werden biologisch abbaubare Kunststoffe großtechnisch hergestellt und sind auf dem Markt erhältlich.
Der Einsatz biologisch abbaubarer Kunststoffe ist mit Sicherheit nicht in allen Anwendungsbereichen möglich.
Abb. 19: Abbaubare Kunststoffe
Für eine Reihe von Produkten wie z.B. Folien für Land-
wirtschaft und Gartenbau, Pflanztöpfe, Hygieneartikel,
Müllsäcke u.ä.
macht ihre Verwendung Sinn.
Abb.20: Abbaubare Kunststoffe
2.4.1 Herstellung von Abbaubaren Kunststoffen
Biologisch abbaubare Kunststoffe sind auf mehreren Wegen zugänglich.
Da wäre zunächst die Nutzung von natürlichen Polymeren wie Stärke oder Zellulose als Ausgangsstoffe für Kunststoffe.
Die Verwendung von Stärke als Rohstoff war der erste Weg um biologisch abbaubare Kunststoffe zu erhalten. Es gibt mehrere auf Stärke basierende Kunststoffe auf dem Markt. Sie lassen sich schwer verarbeiten und nehmen in feuchter Umgebung Wasser auf. Sie sind daher nur beschränkt einsetzbar und eignen sich z.B. als Kurzzeitverpackung für trockene Produkte.
Die Fähigkeit bestimmter Bakterien ihre Energiereserven in Form von Polymeren anzulegen, lässt sich zur Herstellung von Kunststoffen nutzen. Die von den Bakterien produzierten Stoffe zeigen von Natur aus typische "Kunststoffeigenschaften": Sie sind fest, thermoplastisch und wasserabweisend und lassen sich auf den üblichen Kunststoffmaschinen zu Folien und Behältern verarbeiten. Als Folge des aufwendigen biotechnologischen Herstellverfahrens liegt ihr Preis im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen sehr hoch. Sie kommen nur für Spezialanwendungen, etwa im Medizinbereich, zum Einsatz.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich biologisch abbaubare Kunststoffe auch mit Hilfe der Verfahren und der preisgünstigen Ausgangsstoffe herstellen lassen, die für konventionelle Kunststoffe eingesetzt werden.
Vorbild für die Konstruktion dieser Kunststoffe war selbstverständlich die Natur: Man nehme einen Biopolyester, ein Stoff der in der Wachsschicht von Blättern vorkommt, und Aminosäuren, die Bausteine von Eiweißstoffen.
Zusammen wird daraus ein Polyesteramid - ein Kunststoff! Er ist gut zu verarbeiten, stabil und wird nach Gebrauch biologisch abgebaut.
An bestimmten Stellen des Moleküls gleichen sich Natur- und Kunststoff und dort können Bakterien den Abbau beginnen.
Im restlichen Molekülgerüst unterscheiden sich Naturstoff und Kunststoff, wodurch die doch recht unterschiedlichen Eigenschaften von Blattwachs und Kunststoff zustande kommen.
Die ersten Produkte aus diesen synthetisch hergestellten, biologisch abbaubaren Kunststoffen sind bereits auf dem Markt. Das Material ist in seinen Eigenschaften dem Polyethylen sehr ähnlich und eignet sich für Folien und zur Herstellung von Behältern. Auch diese Kunststoffe sind noch vergleichsweise teuer.
2.4.2 Einsatzgebiete von Abbaubaren Kunststoffen
Zur Zeit werden sie im Bereich der Landwirtschaft (Abdeckfolien zum Schutz für Setzlinge) und in der Medizin (Nähfäden, Wundtupfer, Implantate) eingesetzt.
Im Bereich der Landwirtschaft haben sich abbaubare Abdeckfolien und Pflanztöpfe bewährt. Der UV-Einfluss bewirkt die "Vergrubung" der Folie, die Pflanztöpfe werden im Boden völlig abgebaut.
In der Medizin werden sie dort eingesetzt, wo sich der Stoff nach dem Heilungsprozess im Körper auflösen soll.
Ihr Einsatz für Verpackungen, an die besondere hygienische Ansprüche gestellt werden, z.B. im Lebensmittelbereich, ist dagegen mit Risiken verbunden. Lebensmittel sind oft feucht und verfügen über eine eigene Flora von Mikroorganismen. Der Packstoff sollte bzw. muss gegenüber diesen Einflüssen resistent sein.
Dies ist aber bei abbaubaren Kunststoffen nicht immer gewährleistet.Abbaubare Kunststoffe stellen keinen generellen Ersatz für herkömmliche Kunststoffe dar, sondern sind für ausgewählte Bereiche eine sinnvolle Ergänzung.
3. Kunststoffabfälle3.1 Wieviel Abfall fällt an?
Genaue Angaben über die Menge der anfallenden Kunststoffabfälle sind schwierig zu erhalten. Manche Abfallströme sind hinsichtlich ihrer Zusammensetzung recht gut untersucht, für manche wie z.
B. Baustellenabfälle, Sperrmüll oder Gewerbeabfälle, gibt es nur grobe Abschätzungen über die Zusammensetzung.
Genau bekannt ist die Menge der Kunststoffverpackungsabfälle, die in den gelben Tonnen und Säcken getrennt gesammelt werden. Sie betrug 1999 ca. 85.000 Tonnen!
Gut Bescheid weiß man auch über die Menge der Kunststoffabfälle im Hausmüll, da die Zusammensetzung des Hausmülls in regelmäßigen Abständen in der Praxis untersucht wird.
Die letzte Hausmülluntersuchung im Jahr 1998 ergab einen Kunststoffanteil von ca. 11% (bezogen auf das Gewicht). Das entspricht etwa 130.000 Tonnen.
Abb. 21: Zusammensetzung des österreichischen Hausmülls 1998Man geht heute davon aus, dass in Österreich jährlich rund 450.
000 Tonnen Kunststoffabfälle anfallen. Bei einer Gesamtabfallmenge von 26,5 Millionen Tonnen Abfall pro Jahr entspricht das einem Anteil von 1,7%.
Die dominierenden Stoffgruppen im Hausmüll sind immer noch Biomaterialien, Papier und Hygieneartikel (v.a. Windeln), die zusammen fast die Hälfte des Hausmüllgewichtes ausmachen.
Abb.
22: Kunststoffe in verschiedenen Abfallströmen
Für Kunststoffabfälle stehen in Österreich derzeit 4 Wege offen:
Stoffliche Verwertung
Thermische Verwertung
Müllverbrennung
Deponie
Stoffliche Verwertung: 100.000 Tonnen pro Jahr
58.500 Tonnen Verpackungsabfälle
38.500 Tonnen Abfälle aus der Kunststoffverarbeitung
3.000 Tonnen getrennt gesammelte Kunststoffabfälle wie z. B.
Rohre, Agrarfolien, Stoßstangen, Batteriekästen, Schaumstoffe usw.
Thermische Verwertung: 40.000 Tonnen
36.000 Tonnen Verpackungsabfälle
4.000 Tonnen Kunststoffe aus anderen Anwendungsbereichen.
Müllverbrennung: 60.
000 Tonnen zusammen mit Hausmüll
Deponie: 250.000 Tonnen
4. Kunststoffverwertung
4.1 Die 3 Wege der KunststoffverwertungKunststoffe besitzen den Vorteil, dass für eine Verwertung ausgedienter Produkte mehrere Wege offen stehen.
Beim klassischen Materialrecycling bleibt das Material an sich unverändert und wird nur umgeformt. Diese Art des Recyclings entspricht völlig den auch von traditionellen Werkstoffen wie Glas oder Metallen her bekannten Verfahren.
Das Besondere an Kunststoffen ist, dass es darüber hinaus noch weitere Möglichkeiten einer Verwertung gibt:
Aus einzelnen "Bausteinen" chemisch aufgebaut, lassen sich Kunststoffe auf ebendiesem chemischen Weg auch wieder in kleine Bruchstücke zerlegen. Die Bruchstücke stellen wiederum Rohstoffe für die chemische Industrie dar.
Als Kohlenstoffverbindungen besitzen Kunststoffe einen nicht unbeträchtlichen Heizwert, der beinahe so hoch ist wie derjenige von Erdöl. Die Verbrennung von Kunststoffabfällen zur Wärme- und Stromgewinnung stellt den dritten Weg der Kunststoffverwertung dar.
Abb. 23: VerwertungsmöglichkeitenWelches der möglichen Verwertungsverfahren im Einzelfall zur Anwendung kommt, hängt von einer Reihe von Randbedingungen ab.
Sortenreinheit und Verschmutzung der Abfälle, die anfallende Abfallmenge, die Art der Sammlung und die Nachfrage nach den Verwertungsprodukten spielen dabei eine wichtige Rolle.
Die verschiedenen Verwertungsmöglichkeiten sind nicht als gegensätzliche einander konkurrierende Wege zu sehen. Sie sollen vielmehr in einem sinnvollen Mix genutzt werden, wobei die verschiedenen Kunststoffabfälle dem jeweils geeigneten Verfahren zugeführt werden können.
4.2 Stoffliche Verwertung oder MaterialrecyclingBei der stofflichen Verwertung bleiben die Kunststoffe als Material erhalten es erfolgt nur eine mechanisch/physikalische Behandlung. Sie werden zerkleinert, gewaschen, getrocknet, geschmolzen und wieder zu Granulat geformt, das man als Regranulat bezeichnet.
Anwendbar ist dieses Verfahren für alle thermoplastischen Kunststoffe, zu denen 80% aller Kunststoffe zählen.
Abb. 24: Stoffliche Verwertung
Vorraussetzung für die Verwertung zu Regranulat ist eine Sortierung nach Kunststoffarten und eine Reinigung. Der Grund dafür sind die Unverträglichkeit vieler Kunststoffe untereinander und die unterschiedlichen Schmelztemperaturen. So beginnt z.B.
Polyethylen bereits bei 140° C, Polystyrol dagegen erst bei 160° C zu schmelzen und die Schmelztemperatur von PET liegt bei 280° C. Ein Gemisch verschiedener Kunststoffe bildet daher keine homogene Schmelze und lässt sich somit nicht zu Granulat umformen. Fremdstoffe wie Metall- und Glasteilchen, Sand und Schmutz stören die Verwertung auch, sodass die sortierten Kunststoffe vor dem Schmelzen gewaschen werden, um Regranulat von guter Qualität herstellen zu können.
Abb. 25: Regranulat4.2.
1 Wo wird Regranulat eingesetzt?Liegt in einem Gemisch verschiedener Kunststoffe ein Kunststoff in großer Menge vor, so gibt es die Möglichkeit das Gemisch direkt zu neuen Produkten zu verwerten. Bei diesem Verfahren wird der Hauptbestandteil des Gemenges, in der Praxis ist dies meist Polyethylen, geschmolzen und dient als Bindemittel, in dem die anderen noch nicht geschmolzenen Kunststoffteilchen als eine Art Füllstoff eingelagert sind. Solche "schein-homogenen" Massen lassen sich dann direkt zu Produkten verarbeiten wie z.B. Platten.
Abb.
26: Platten aus „schein-homogene“ MasseAus ökologischen und ökonomischen Gründen sind für stark vermischte und verschmutzte Kunststoffabfälle in vielen Fällen die beiden alternativen Verwertungsmethoden wie rohstoffliches Recycling oder die energetische Verwertung vorzuziehen.
4.2.2 Grenzen der stofflichen Verwertung
Die stoffliche Verwertung von Kunststoffabfällen ist in vielen Fällen recht kostenintensiv. Vieles was technisch lösbar ist, ist unter wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten nicht mehr sinnvoll.
Typenvielfalt der Kunststoffe, geringe Abfallmengen je Type, hoher Verunreinigungsgrad und demontagefeindliche Konstruktionen erhöhen den Aufwand für das Sammeln, Demontieren, Sortieren und Aufbereiten von gebrauchten Kunststoffen.
Das erzeugte Regranulat muss auf dem Markt oft mit sehr preisgünstigem Neumaterial konkurrieren und der Einsatz von Regranulaten wird in vielen Produkten noch durch Normen und Vorschriften beschränkt oder verhindert.
4.3 Rohstoffliche oder chemische Verwertung
Bei der Hydrierung werden Kunststoffe unter hohem Druck und bei Temperaturen von rund 500°C mit Wasserstoff behandelt. Dabei kommt es zur Spaltung der Kunststoffmoleküle und der Wasserstoff lagert sich an die Bruchstücke an. Als Recyclingprodukt fällt ein erdölähnliches Gemisch an. In einer normalen Raffinerie werden daraus Kraftstoffe, Heizöle und Rohstoffe für die Kunststoffproduktion gewonnen.
Das Spaltprodukt, das in seiner Zusammensetzung dem Erdöl sehr ähnlich ist, wird als "Syncrude" (synthetic crude oil = synthetisches Rohöl) bezeichnet.
Neben Syncrude liefert die Hydrierung gasförmige Spaltprodukte, die als Heizgas genutzt werden oder ebenfalls in eine Raffinerie gelangen. Als Rest verbleiben geringe Mengen eines festen Hydrierrückstandes.
Für eine Verwertung durch Hydrierung eignen sich alle Kunststoffe. Eine vorherige Sortierung der Kunststoffe ist nicht notwendig.
Als Vorbild für die Kunststoff-Hydrierung dienen die Verfahren der Kohle-Hydrierung, die bereits vor 50 Jahren angewandt wurden, um aus Kohle Treibstoffe zu gewinnen.
4.4 Hydrolyse von Kunststoffen
Bestimmte Kunststoffe lassen sich durch Einwirkung von Wasser aufspalten und zwar genau in jene "Bausteine" aus denen sie hergestellt wurden. Die Spaltprodukte können nach ihrer Reinigung wieder zur Herstellung genau des gleichen Kunststoffes eingesetzt werden, aus dem sie gewonnen wurden.Im Gegensatz zur Hydrierung eignen sich für die Hydrolyse nur bestimmte Kunststoffe: Sie müssen im Verlauf ihrer Molekülketten in regelmäßigen Abständen leicht trennbare Stellen aufweisen. An diesen Stellen tritt bei gezielter Einwirkung von Wasser die gewünschte Spaltung ein.
Eine ähnliche Spaltreaktion ist auch mit Hilfe von Alkoholen möglich.
Man spricht dann sinngemäß von einer Alkoholyse. Sie zeigt gegenüber der Hydrolyse den Vorteil, dass die Reinigung und Auftrennung der Spaltprodukte einfacher ist.
Die folgenden, bekannten Kunststoffe eignen sich für eine Wiederverwertung durch Hydrolyse oder Alkoholyse:
Polyester (z. B. PET)
Polyamide (z.B.
Nylon)
Polyurethane
Polycarbonate
Die Alkoholyse von PET-Getränkeflaschen wird in den USA praktiziert, die Alkoholyse von Polyurethanen in Deutschland und auch in Österreich.
4.5 Synthesegasherstellung
Synthesegas ist die Bezeichnung für ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist und in der chemischen Industrie als Rohstoff für die Herstellung ("Synthese") verschiedenster Produkte eingesetzt wird v.a. zur Gewinnung von Methanol. Synthesegas lässt sich auf mehreren Wegen gewinnen, früher wurde es fast ausschließlich aus Kohle hergestellt, heute ist Erdgas der wichtigste Ausgangsstoff.
Wichtige Voraussetzung für einen Synthesegas-Rohstoff ist sein Kohlenstoffgehalt. Als organische Kohlenstoffverbindungen mit einem durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von ca. 70% erfüllen Kunststoffabfälle diese Voraussetzung.
In einem sogenannten Festbettvergaser werden Kunststoffe gemeinsam mit Kohle, Sauerstoff und Wasserdampf in Synthesegas umgewandelt. Das geschieht bei sehr hohen Temperaturen von 800 - 1.300° C und unter einem Druck von 25 bar.
Das entstehende Gasgemisch wird nach seiner Abkühlung je nach geplantem Einsatzzweck weiter behandelt.
Bei der Methanolgewinnung erfolgt eine intensive Reinigung des Gases, bevor es der eigentlichen Methanolanlage zugeführt wird, in der sich mit Hilfe eines Katalysators aus den beiden Gasbestandteilen Kohlenmonoxid und Wasserstoff Methanol bildet.
Synthesegas lässt sich auch zur Herstellung von Wasserstoff einsetzen. In diesem Fall wird das Synthesegas nach einer Reinigung noch einmal mit Wasserdampf behandelt. Dabei bildet sich aus dem zugeführten Wasserdampf Wasserstoffgas und das Kohlenmonoxid wird gleichzeitig zu Kohlendioxid umgesetzt.
4.
5.1 Verwendung von Methanol
Methanol
Lösungsmitteln
Herstellung von
Treibstoffen und Treibstoffzusätze
Polyestern, Acrylaten z.B. PMMA
Melaminharzen Phenolharzen Harnstoffharzen
4.6 Energetische oder thermische Verwertung
Bei der thermischen Verwertung wird der Heizwert eines Altstoffes "verwertet". Dies geschieht im einfachsten Fall durch eine Verbrennung, wobei die entstehende Verbrennungswärme genutzt wird z.
B. als Fernwärme; zur Dampfproduktion oder zur Stromerzeugung.
Abb. 27: Heizwerte verschiedener Brennstoffe
Kunststoffe werden mit wenigen Ausnahmen ausschließlich aus Erdölprodukten hergestellt und sind daher ebenso wie ihre Rohstoffe Energieträger. Der Heizwert von 1 kg gemischten Kunststoffabfällen kommt dem Heizwert von 1 Liter Heizöl sehr nahe.
Bei allen Verbrennungsvorgängen entstehen auch Schadstoffe.
Ihre Menge wird heute durch moderne Feuerungstechnik gering gehalten, der Rest wird mit Hilfe leistungsfähiger Reinigungsanlagen aus den Rauchgasen entfernt.
Es ist also sinnvoll Kunststoffabfälle, die aus verschiedensten Gründen für andere Verwertungswege nicht geeignet sind, weil sie z.B. sehr stark verschmutzt oder zu klein für eine Sortierung sind, einer Verwertung zuzuführen, die ihren Heizwert nutzt.
Kunststoffabfälle ersetzen dabei fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl oder Gas. Dies kann in Industriebetrieben zur Bereitstellung von Produktionsenergie ebenso erfolgen wie in modernen Abfallverbrennungsanlagen, welche die Verbrennungswärme in Form von Fernwärme nutzen.
4.7 Was wird gesammelt?
Kunststoff-Verpackungen werden im Rahmen der Verpackungsverordnung Österreichweit über die gelbe Tonne oder den gelben Sack gesammelt.
Kunststoff-Rohre können an 50 Sammelstellen in ganz Österreich kostenlos abgegeben werden. Sie werden sortiert und einer stofflichen Verwertung zugeführt.
Kunststoffabfälle aus Gewerbe und Industrie werden von Recyclingbetrieben direkt zurückgenommen.
Kunststoffe sind organische Werkstoffe, deren Hauptbestandteil Kohlenstoff ist.
Fast alle Kunststoffe enthalten zusätzlich Wasserstoff, viele auch Sauerstoff oder Stickstoff. Wesentlich seltener findet man Schwefel, Chlor, Fluor oder Silizium in Kunststoffen.
Kunststoffe gibt es erst seit circa 140 Jahren.
Bei der Herstellung von Kunststoffen werden bestimmte Makromoleküle systematisch aufgebaut. Der Aufbau erfolgt aus einer Vielzahl kleiner gleichartiger Bausteine, die durch chemische Reaktion miteinander verbunden werden. Kunststoffe werden daher auch als polymere Stoffe bezeichnet, da sie durch das Aneinanderreihen und Verbinden sehr vieler Teile (poly = viele, meros_=_Teil) entstehen.
Man kennt heute weit mehr als 200 verschiedene Kunststoffarten wie
Thermoplaste,
Duroplaste,
Elastomere,
Standardkunststoffe,
Hochleistungskunststoffe
Technische Kunststoffe
die man nach verschiedenen Gesichtpunkten einteilen kann
Vorteile von Kunststoffen sind:
Sie sind leicht
Sie lassen sich leicht und kostengünstig formen
Sie sind gute Isolatoren für Wärme und elektrischen Strom
Sie sind flexibel und anpassungsfähig
Die weltweit jährlich produzierte und verbrauchte Menge an Kunststoffen liegt bei 150 Millionen Tonnen. 41 Millionen Tonnen oder 27% davon werden in Westeuropa produziert. In Österreich lag der Verbrauch von Kunststoffprodukten im Jahr 1999 bei rund 1 Million Tonnen.
Die produzierte Menge an Kunststoff wird folgendermaßen eingesetzt: Verpackung 33%; Bauwesen 23%; Elektronik; Elektrotechnik 11%; Automobilindustrie 9%; Möbel, Einrichtung 6%; Landwirtschaft 2%; Klebstoffe, Farben, Lacke 4%, Haushaltswaren 3%; Sonstige (z.B. Medizin) 9%.
4 % des weltweit geförderten Erdöls werden für die Kunststoffherstellung verwendet.
Zusatzstoffe oder Additive werden den Kunststoffen zur Verbesserung bestimmter Materialeigenschaften oder zur Erleichterung der Verarbeitung zugesetzt.
Eine Ökobilanz untersucht sämtliche Umweltauswirkungen eines Produktes entlang seines Lebensweges, von der Herstellung über den Gebrauch bis zur Verwertung oder Entsorgung.
Mit der Bezeichnung abbaubare Kunststoffe sind im allgemeinen biologisch abbaubare Kunststoffe gemeint: Kunststoffe, deren Molekülgerüst durch Umwelteinflüsse wie z.B. Sonnenlicht, Feuchte und Mikroorganismen zerlegt und vollständig abgebaut werden kann.
Kunststoffe besitzen den Vorteil, dass für eine Verwertung ausgedienter Produkte mehrere Wege offen stehen.
Stoffliche Verwertung oder Materialrecycling
Rohstoffliche oder chemische Verwertung
Hydrolyse von Kunststoffen
Synthesegasherstellung
Energetische oder thermische Verwertung
Es werden Kunststoff-Verpackungen, Kunststoff-Rohre und Kunststoffabfälle aus Gewerbe und Industrie gesammelt.
Autor Titel
Bodo Carlowitz Die Kunststoffe
Mathilde Danzer Kunststoffe in Österreich
Josef Hausen Kunststoffe
Hans Dominighaus Kunststoffe
Hans Dominighaus Kunststoffe und ihre Eigenschaften
Achim Pfeil Biologisch abbaubare Kunststoffe
Rudolf Becker Technische Thermoplaste
Karl Hamann Chemie der Kunststoffe
Internet
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