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2.2.2022

Fraunhofer-Gespräch „Circular Plastics Economy: Wertsache Kunststoff – zu schade für die Tonne“

Plastikmüll wird immer mehr zum Problem. Wird Kunststoff aber als Rohstoff für neue Produkte verwendet, dann ist das nicht nur gut für die Umwelt. Es könnte auch einen großen Beitrag leisten, unser Ressourcenproblem zu lösen. Über den Wandel hin zu einer nachhaltigeren, zirkulären Wirtschaft sprach Pascal Spano, Head of Research Metzler Capital Markets, mit Prof. Eckhard Weidner, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT.

Spano: Herr Professor Weidner, wie definieren Sie eine Circular Economy?

Weidner: Wir vom Fraunhofer-Institut UMSICHT definieren im Rahmen des Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE eine Circular Economy so, dass eingesetzte Stoffe über den Lebenszyklus von Waren hinaus in einem Stoffkreislauf verbleiben. Abfälle, Emissionen sowie Verluste in die Umwelt und die Entnahme von Rohstoffen aus natürlichen Quellen sollen dabei soweit wie möglich verringert werden.

Spano: Über welche Mechanismen lässt sich das erreichen?

Weidner: Wichtige Elemente, um eine Circular Economy umzusetzen, sind die Wieder- und Weiterverwendung von Waren, das Recycling von Materialien und Stoffen sowie eine Gestaltung der Waren, die eine Kreislaufführung ohne Verluste in der Qualität ermöglicht. Gleichzeitig muss eine Anreicherung mit Stoffen – beispielsweise Schadstoffen – vermieden werden, die eine Kreislaufführung erschweren. Auch sollen die Waren möglichst lange genutzt werden und dann zeitnah in den Kreislauf zurückgeführt werden. Die Qualität einer Circular Economy wird durch einen möglichst geringen Energiebedarf bestimmt, um den Kreislauf aufrecht zu erhalten – idealerweise gedeckt aus erneuerbaren Ressourcen. Materialien, bei denen sich Verluste wegen Abnutzung nicht vermeiden lassen, sollen zeitnah und umweltgerecht abbaubar sein.

Prof. Eckhard Weidner, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Der Druck auf Industrie und Wissenschaft wächst, Kunststoffe neu zu denken.
Prof. Dr. Ing. Eckhard Weidner
Leiter des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Spano: Warum ist die Circular Economy insbesondere für Kunststoffe so interessant?

Weidner: Weltweit werden pro Jahr fast 400 Mio. Tonnen Kunststoff produziert – mit weiter steigender Tendenz. Kunststoffe sind wegen ihres geringen Gewichts unersetzlich für ressourceneffiziente Produkte. Dennoch sind sie – trotz ihrer durch Studien belegten ökonomischen und ökologischen Relevanz – auch zu einem Symbol der Wegwerfgesellschaft geworden.

Die Situation der Kunststoffe weist Parallelen zur Klimaproblematik auf: Der steigende Verbleib von Kunststoffen in der Umwelt ist – wie die Zunahme der Treibhausgase – direkt mit dem Verbrauch fossiler Rohstoffe verknüpft, und die Vielzahl emittierender Quellen ist kaum zu erfassen. Der Druck auf Industrie und Wissenschaft wächst, Kunststoffe neu zu denken. Die Zeit für eine Transformation ist reif: Wahrnehmung, Wirtschaften und Umgang mit Kunststoffen müssen sich wandeln, die Kunststoffwirtschaft muss zirkulär werden. Das Ergebnis dieser Wandlung ist eine „Circular Plastics Economy“, in der Rohstoffe und Energie ressourcenschonend, erneuerbar und effizient bereitgestellt werden.

Spano: Dann dürfte die CO2-Bilanz von Rezyklaten folglich besser sein als die von neuen Kunststoffen.

Weidner: Hier ist es schwer, eine pauschale Antwort für „die Kunststoffe“ und „die Rezyklate“ zu geben. Es hängt jeweils vom konkreten Kunststoff oder Rezyklat und seinem Herstellverfahren ab, wie viel CO2-Emissionen im Vergleich zur Primärproduktion eingespart werden können. In einer Ökobilanz-Studie hat Fraunhofer UMSICHT beispielsweise im Jahr 2019 unterschiedliche Verfahren zur Herstellung verschiedener Regranulate bewertet, die auf Kunststoffabfällen aus der haushaltsnahen Sammlung in Deutschland beruhen. Die Ergebnisse zeigten, dass durch den Einsatz von Regranulaten klimaschädliche Emissionen reduziert werden. Zudem lässt sich dadurch auch der Verbrauch an Primärenergie senken.

Spano: Es gibt unterschiedliche Verfahren, Kunststoffe zu recyceln, wo liegt bei Fraunhofer der Forschungsfokus?

Weidner: Wir entwickeln physikalische, chemische, biologische und thermochemische Konversionsverfahren. Ziel ist es, reine Polymerfraktionen zu gewinnen, also Grundchemikalien, die für die Produktion von Kunststoffen in Neuware-Qualität geeignet sind. Eine weitere Möglichkeit, an der seit einigen Jahren verstärkt geforscht wird, ist das enzymatische Recycling. Hierbei erfolgt die Depolymerisation der Kunststoffe jeweils mittels spezieller Enzyme.

Spano: Aber auch in einer Kreislaufwirtschaft kann nicht alles zu 100 Prozent wieder- und weiterverwertet werden. Wie geschlossen wäre eine Circular Plastics Economy wirklich?

Weidner: Eine komplett geschlossene Circular Plastics Economy wird man nach aller Erfahrung kaum erreichen können – dies wäre nur in einer idealen Welt möglich, in der niemand einfach Abfälle in die Landschaft, Seen, Flüsse oder Meere wirft und in allen Ländern Mülltrennungs- und Recyclingsysteme etabliert sind, die von allen Akteuren zu 100 Prozent korrekt bedient werden. Es wird daher immer Verluste geben. Das Ziel muss es aber sein, die Nutzung in Zyklen zu realisieren und Verluste auf ein Minimum zu reduzieren. Gerade das chemische Recycling ist dabei ein wichtiger Baustein. Es ist notwendig, um auch verunreinigte und problematische Kunststoffabfälle, die für das mechanische Recycling nicht geeignet sind, in Form von Grundchemikalien wieder in den Kreislauf zurückzuführen und so die Menge der Rohstoffe, die dem Kreislauf neu zugeführt werden muss, deutlich zu reduzieren. Beispielsweise haben wir beim Fraunhofer-Institut UMSICHT ein thermochemisches Verfahren entwickelt, mit dem sich medizinische Masken und FFP2-Masken recyceln lassen.

Spano: Neu zugeführt werden könnten auch sogenannte Bio-Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen, die vermehrt angeboten werden. Welche Vorteile haben diese biobasierten Kunststoffe?

Weidner: Biobasierte Kunststoffe sind ein wichtiger Baustein, um weniger fossile Rohstoffe in der Chemie einzusetzen. Produkte aus Biokunststoffen stehen für das Nachhaltigkeitsengagement innovativer Unternehmen, indem sie deren zukünftige Marktchancen sichern und verbessern. Das umweltschonende Potenzial von Biokunststoffen wird aber erst dann vollständig ausgeschöpft, wenn es gelingt, diese zu recyceln.

Spano: Es gibt also noch keine Recyclingverfahren für diese Biokunststoffe?

Weidner: Die Frage, ob die Materialgruppe der Biokunststoffe kreislauffähig ist, haben Experten vom Fraunhofer-Institut UMSICHT im Positionspapier „Recycling von Biokunststoffen“ genauer betrachtet. Grundsätzlich wurde diese Frage mit „ja“ beantwortet. Es müssen aber noch technisch, ökonomisch und ökologisch sinnvolle Lösungsansätze entwickelt und etabliert werden. Nur so lässt sich der Anteil nachhaltiger Kunststoffe in unserer Wertschöpfungskette sinnvoll steigern.

Spano: Ab wann lohnt es sich mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit, Kunststoffe zu recyceln?

Weidner: Diese Frage ist stark von verschiedenen Randbedingungen abhängig. Üblicherweise wird gefordert, dass im Kreislauf geführte Kunststoffe bei gleicher Qualität billiger sein müssen als fossile Rohstoffe. Ein Beispiel, bei dem diese Forderung erfüllt wird, ist die Kreislaufführung von PET. Hier war die oben geschilderte Forderung bis vor etwa drei Jahren erfüllt.

Spano: Und das hat sich geändert?

Weidner: Ja, denn seither ist die Nachfrage nach recyceltem PET so stark gestiegen, dass sie durch die weltweit bestehenden Produktionskapazitäten nicht bedient werden konnte. Dies führte zu einem Preisanstieg, derzeit ist recyceltes PET teurer ist als neues Material. Ein sehr gutes Beispiel dafür, dass gängige Marktmechanismen auch für recycelte Ware funktionieren können. Allerdings ist PET nach meiner Kenntnis auch das einzige Beispiel dafür – vor allem, weil kaum andere Polymerarten in diesen Kreislauf eindringen.

Spano: Was ist aber mit den anderen Kunststoffarten? Es erscheint unsicher, ob alleine die Eigendynamik des Marktes hier zu einer nachhaltigeren Lösung führen kann.

Weidner: Für andere Polymere muss es gelingen, einen ähnlichen Weg zu beschreiten. Für rein marktgetriebene Investitionsentscheidungen in Recyclinganlagen sind die Verfügbarkeit ausreichender Mengen und hohe Preise für fossile Rohstoffe wünschenswerte, wenn nicht gar notwendige Bedingungen. Aufgrund der sehr starken Schwankungen der Rohölpreise ist es unwahrscheinlich, dass es für eine Investitionsentscheidung und deren Umsetzung ausreichend lange Zeiträume geben wird, in denen fossile Rohstoffe teurer sind als Rezyklate. Unter diesen Randbedingungen würden weiterhin Polymere verbrannt werden und damit die Klimaerwärmung befeuert.

Mehr und mehr Unternehmen haben bereits die Zeichen der Zeit erkannt und beginnen, in Kreisläufen statt linear zu denken und ihre Produktion und die Produkte entsprechend anzupassen.
Prof. Dr. Ing. Eckhard Weidner

Spano: Sollten Anreize geschaffen werden, damit die Circular Economy an Fahrt aufnimmt, oder wäre es auch ein gangbarer Weg, die Industrie zu verpflichten, Kunststoffe recycelbar zu machen?

Weidner: Es ist wichtig, dass die Circular Economy von allen Akteuren entlang der Wertschöpfungskette – bzw. des Wertschöpfungszyklus – gemeinsam angegangen und umgesetzt wird. Mehr und mehr Unternehmen haben bereits die Zeichen der Zeit erkannt und beginnen, in Kreisläufen statt linear zu denken und ihre Produktion und die Produkte entsprechend anzupassen. Anreize können dabei helfen, noch Unschlüssigen einen Schubs in die richtige Richtung zu geben. Aber auch die Gesetzgebung kann entsprechende Rahmenbedingungen schaffen. Der neue Koalitionsvertrag sieht beides vor, beispielsweise die Belohnung von ressourcenschonendem und recyclingfreundlichem Verpackungsdesign und des Rezyklateinsatzes, aber auch höhere Recyclingquoten – auch über chemisches Recycling – und eine produktspezifische Mindestquote für den Einsatz von Rezyklaten.

Spano: In einigen Branchen ist das Recycling bereits an der Tagesordnung. Zu denken ist beispielsweise an Stahl und Aluminium oder auch Papier und Glas. In welchen Bereichen sehen sie noch größeres Potenzial?

Weidner: Im Bausektor der Bundesrepublik Deutschland beispielsweise werden jährlich rund 600 Mio. Tonnen mineralische Baurohstoffe eingesetzt. Ein Großteil dieser Baurohstoffe wird über Primärrohstoffe abgedeckt. Das ist aktuell auch nicht anders zu bewerkstelligen, denn es werden jährlich nur 81 Mio. Tonnen Bauschutt für Bauanwendungen recycelt und als hochwertiges Produkt in die Bauwirtschaft zurückgeführt.

Spano: Das Konzept von weitestgehend geschlossenen Stoffkreisläufen hat doch, insbesondere in ressourcenärmeren Ländern, auch eine geopolitische Dimension.

Weidner: Grundsätzlich wäre es sinnvoll, sich in allen Branchen die Frage zu stellen, wo es Potenziale und Ansätze für eine Circular Economy gibt, die natürlich auch technologische Souveränität in der EU und Deutschland fördert. Dazu gehört auch, wertvolle Stoffströme nicht mehr als Abfall in ferne Länder zu exportieren. Stakeholder aus Wirtschaft und Gesellschaft haben dazu unter Leitung der acatech eine Circular Economy Roadmap für Deutschland erarbeitet.  Auch wenn es vielleicht zunächst in manchen Branchen nur geringe Mengen an Einsatzstoffen sind, die im Kreis geführt werden – wichtig ist es, überhaupt den ersten Schritt zu machen.

Spano: Herr Professor Weidner, vielen Dank für das Gespräch

Kunststoffrecycling

Von den im Jahre 2017 in Deutschland angefallenen 6,1 Mio. t Kunststoffabfällen wurden 2,8 Mio t werkstofflich recycelt. 3,2 Mio. t wurden energetisch verwertet, also größtenteils verbrannt. Hauptsächlich waren dies gemischte Kunststoffabfälle und Rückstände sowie Sortierreste aus dem mechanischen Recycling.

Sortenreine, saubere Kunststoffabfälle können mit aktuellem Stand der Technik sehr gut werkstofflich recycelt werden. Plastikmüll wird in Deutschland jedoch überwiegend gemischt im gelben Sack gesammelt oder als Störstoff aus anderen etablierten Abfallströmen wie Baustellenabfällen heraussortiert. Die Qualität bzw. Reinheit des Recyclingmaterials ist daher oft so schlecht, dass das etablierte mechanische Recycling (zerkleinern, sortieren, verarbeiten) nur für einen Teilstrom der gesammelten Mengen anwendbar ist. Zudem existieren große Mengen an Verbundmaterialien, die nicht separat erfasst und nicht sortenrein aufgetrennt werden können. Der große Teil der qualitativ minderwertigen Mischkunststoffe, Sortierreste und Verbundmaterialien wird daher in der Regel thermisch verwertet, also als Brennstoff verwendet, um die enthaltene Energie zu nutzen.

Das chemische Recycling – das jetzt gemäß Koalitionsvertrag im Verpackungsgesetz als Recyclingoption aufgenommen werden soll – bietet eine Alternative, um aus Mischkunststoffen, Sortierresten und Verbundmaterialien zuerst chemische Grundbausteine und danach neue Polymere zu gewinnen. Aktuelle Entwicklungen und Methoden im Bereich des chemischen Recyclings zielen allerdings oft – ebenso wie die mechanischen Recyclingverfahren – auf sortenreine Fraktionen ab. Diese können jedoch mit aktuellem Stand der Technik oft sehr gut werkstofflich mit weniger Aufwand recycelt werden.

Chemisches Recycling – also Feedstock-Recycling oder rohstoffliches Recycling –  hat das Potenzial, auch stark verunreinigte und problematische Kunststoffabfälle, zum Beispiel Verbundmaterialien, zu recyceln. Es ergänzt somit die mechanischen Verfahren des Kunststoffrecyclings.

 

iCycle® - Recycling von Verbundmaterialien

Um alte Einweg-Gesichtsmasken zu recyceln, haben Forschende am Fraunhofer UMSICHT ein innovatives Verfahren entwickelt, bei dem aus  den Masken Öl hergestellt wird, aus dem wieder neue Masken entstehen können. Sehen Sie im Video, wie das funktioniert.

Die Fraunhofer-Gesellschaft gehört zu den führenden Einrichtungen für angewandte Forschung in Europa. Die Organisation genießt in Politik, Wirtschaft und Öffentlichkeit einen hervorragenden Ruf als Motor für technologische und unternehmerische Innovationen.

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Prof. Eckhard Weidner, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Professor Eckhard Weidner studierte Chemieingenieurwesen an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen, wo er im Jahr 1985 promovierte und sich 1996 auch habilitierte. Seit 1998 leitet er den Lehrstuhl für Verfahrenstechnische Transportprozesse an der Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum. Im Jahr 2004 übernahm er zudem die Leitung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen. Seit dem Jahr 2018 leitet er den Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy CCPE und seit 2021 ist er Sprecher des neu gegründeten Fraunhofer-Verbunds Ressourcentechnologien und Bioökonomie.

Im Rahmen seiner akademischen Laufbahn veröffentlichte Professor Weidner mehr als 150 Artikel, hielt rund 50 Vorträge und Keynote Speeches und meldete über 30 Patente an. Im Jahr 2011 erhielt er den Innovationspreis der Stadt Köln (Nicolaus August Otto Preis) für ein Verfahren zur umweltfreundlichen Ledergerbung.

Er war und ist Mitglied in zahlreichen Komitees und Jurys, so z. B. im Jahr 2017 in der »Green Talents«-Jury des BMBF und 2020 in den DBU-Jurys zur Woche der Umwelt und zum deutschen Umweltpreis. Seit 2004 ist er Mitglied in der Jury des BMWi-Förderprogramms »EXIST-Forschungstransfer« und seit 2019 im Lenkungskreis der Circular Economy Initiative Deutschland (CEID).

Pascal Spano

Pascal Spano ist seit 2017 bei Metzler tätig und leitet den Bereich Research im Kerngeschäftsfeld Capital Markets. Vor seiner Tätigkeit bei Metzler war er von 2013 bis 2017 Geschäftsführer des von ihm mitgegründeten FinTech-Unternehmens PASST Digital Services GmbH in Köln. Davor leitete Herr Spano zwei Jahre den Bereich Cash Equities bei der UniCredit Group in München und Frankfurt am Main. Für die Credit Suisse Ltd. verantwortete er von 2007 bis 2010 als Head of German Research die Analyse deutscher Aktiengesellschaften. Zuvor war Herr Spano über zehn Jahre bei der Deutschen Bank im Bereich Global Markets Research tätig und baute für ABN Amro die deutschen Research-Aktivitäten aus Frankfurt und London mit auf. Nach absolvierter Bankausbildung und berufsbegleitendem Studium der Wirtschaftswissenschaften an der FernUniversität in Hagen ist er seit rund 20 Jahren Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Finanzanalyse