Technische Elastomere und Altreifen. Stand und Perspektiven des werkstofflichen Elastomer-Recyclings

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1 Technische Elastomere und Altreifen Dr.-Ing. Stefan Hoyer Forschungsbereich Extrusionstechnologien und Recycling Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung Stand und Perspektiven des werkstofflichen Elastomer-Recyclings Leitung: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Prof. Lothar Kroll

2 Gummi ein Elastomer Gummi (Elastomer) entsteht durch Vernetzung von Kautschuk (Vulkanisation) Thermisch irreversible Vernetzung Vielzahl produktspezifischer Rezepturen ( verschiedene Stoffe) Systemische Wechselwirkungen der Mischungsbestandteile (ca. 80) Exemplarische Lkw-Laufflächenmischung Füllstoffe 29,5 % Kautschuk 58,9 % Weichmacher 4,7 % Andere 2,1 % Aktivator 3,2 % Beschleuniger 0,9 % Schwefel 0,7 % Vernetzungssystem Folie 2 von 16

3 Globale Kautschukproduktion in Mio. Tonnen Preis NR - SMR CV in $/kg Globale Kautschukproduktion Mio. t Kunststoff (2013) 26,8 Mio.t 11,6% 4,8% 6,5% 6,7% 7,7% 7,0% 1,2% 1,5% 1,5% 3,0% 1,8% -1,6% -2,2% -0,7% 4, , Weltweit, Naturkautschuk und synthetischer Kautschuk Verteilung nach Branchen Quelle: International Rubber Study Group. n.d. Produktionsmenge von Kautschuk weltweit in den Jahren von 2000 bis 2015 (in Tonnen). Statista. Zugriff am 5. August Verfügbar unter Folie 3 von 16

4 Relevante Abfallströme (Alt-)Reifen Technische Elastomere Verwertung zu Sekundärprodukten Vielstoffgemisch aus NR, SBR, IR, BR End-of-life Produkte (> 5 Jahre) Mengenmäßig stark relevant Sortenreines Recycling von Produktionsreststoffen Mischungsreinheit hat oberste Priorität Degradation des Werkstoffes schränkt Rückführbarkeit gebrauchter Artikel stark ein Folie 4 von 16

5 EU, Norwegen, Schweiz und Türkei in 2013 Original- und Ersatzreifen 2016 Altreifenaufkommen 2013 Europa Nordamerika EU, Norwegen, Schweiz und Türkei 2,9 Millionen Tonnen 425 Mio. Stück Südamerika Asien (ohne Indien) Afrika, Indien, Mittlerer Osten Weltweit Anzahl der Reifen in Millionen Source: Michelin. n.d.: Weltweites Marktvolumen für Original- und Ersatzreifen im Jahr 2016 nach Regionen (in Millionen Reifen). Statista. Access on August 24, Folie 5 von 16

6 EU, Norwegen, Schweiz und Türkei in 2013 Entsorgungsquoten 49,2% 41,3% Granulate (1 10 mm) Mehle (< 1 mm) 4,6% 4,6% Folie 6 von 16

7 Sekundäranwendungen für Altreifen Spielplätze und Freizeitanlagen, Laufbahnenunterbau Elastische Bodenbeläge und Fallschutzplatten Straßenbau Gummiasphalt Folie 7 von 16 Straßenbau - Gummiasphalt

8 Preis in US-$/kg EU: Deponierung verboten seit 2003 (Ganzreifen) 2006 (geschredderte Reifen) (Richtlinie 1999/31/EG) Reifen enthalten polyzyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), vor allem im Ruß Begrenzung des PAK-Gehaltes in Produkten EU-Verordnung1272/2013 Musterverwaltungsvorschrift MVV TB Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) Heizwertklausel zum 1. Juni 2017 gestrichen z. B. Benzo(a)pyren Starke Preisschwankungen Derzeitig Durchschreiten eines Langzeittiefs 5 4, , Folie 8 von 16

9 Energiebilanz des Reifenrecyclings ~ 0.7 kg Rohöl (42 MJ/kg) 51 MJ/kg 1 57 % 29 MJ/kg 2 Äquivalent : 0.20 US-$/kg UK Brent: 51,22 US-$/Barrel 1 Continental, Studie: Produkt-Ökobilanz eines PKW-Reifens, Hannover, 1999: Energieaufwand* für Rohstoffgewinnung, Produktion und Transport: 331 MJ/Pkw-Reifen Mittleres Reifengewicht ca. 6,5 kg/reifen: 51 MJ/kg Marktpreis: 0.60 US-$/kg * beinhaltet nicht den Heizwert (d. h. die Feedstock-Energie) 2 Bayerisches Landesamt für Umwelt: Infoblatt Altreifen, Reschner, K: Recycling von Altreifen und anderen Elastomeren, MJ/kg (2.5 kwh 3 ) 1 MJ = 0.28 kwh Folie 9 von 16

10 Hürden für die Implementierung und zukünftige Ziele Reifen enthalten polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), vor allem im Ruß z. B. Benzo(a)pyren Begrenzung des PAK-Gehaltes in Produkten EU-Verordnung1272/2013 Musterverwaltungsvorschrift MVV TB Variation der Materialzusammensetzung - Reifen bestehen aus Substanzen Varianz der Eigenschaften von Materialien mit Reifenrezyklaten - Unzählige herstellerspezifische Mischungsrezepturen Langzeitmessung: PAK-Gehalt Materialeigenschaften Entwicklung von Konzepten zur Qualitäts- und Produktüberwachung Folie 10 von 16

11 Thermoplast-Elastomer-Compounds als Substitut für TPE Gummimehl Thermoplast-Granulat Endprodukte Folie 11 von 16

12 Thermoplast-Elastomer-Compounds - Werkstoff- und Parameterstudien Verarbeitungstemperatur Matrix C Polyamid 6 PA 240 C 210 C 180 C 90 C Elastomer Thermoplast Polypropylen - PP Polyethylen PE TPU (thermoplastisches Polyurethan) Polyurethan Prepolymer Spannung PA 70% GM PP 70 % GM PU 70 % GM PE-LD 70 % GM SBR 60 Shore A TPU 70% GM Rezyklatanteil: 70 % Basis: Lkw-Ganzreifen Korngröße: µm Dehnung Folie 12 von 16

13 Sekundäranwendung Fußbodenbelag Folie 13 von 16

14 Reaktruder Reaktruder eine Warmmahlvorrichtung Warmmahlvorrichtung zur Feinvermahlung von Elastomeren Konzipiert für Kleinchargen sortenreiner Produktionsreststoffe Zielgruppe: kleine und mittelständige Elastomerverarbeiter (2 Baugrößen: BG150/300) Am Institut für Strukturleichtbau entwickelt Produktionsreste Feinmehl < 0,6 mm Folie 14 von 16

15 Sortenreine Rückführung in die Ausgangsmischung Spritzguss Extrusion Transferpressen Ausschuss: 3 4 % Ausschuss: 8 10 % Ausschuss: bis 80 % Elastomerreststoffe, sortenrein Rezyklate (Gummifeinmehl) Rückführung in die Ausgangsmischung Primärrohstoff Rezyklat Folie 15 von 16

16 Durchgangssumme Beispiele für die Aufbereitung von technischen Elastomeren (BG150) 100% FPM, 70 ShA 80% 60% 40% 20% 0% 2500 NBR, 45 ShA FKM, 60 ShA AEM, 60 ShA FPM, 70 ShA Maschenweite Sieb in µm FPM, 70 ShA AEM, 60 ShA FKM, 60 ShA NBR, 45 ShA Truck_new AEM, 60 ShA FKM, 60 ShA NBR, 45 ShA 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Energiebedarf [kwh/kg] Gesamt < 800 µm < 600 µm Folie 16 von 16 ES E0, Durchsatz [kg/h] * Werte für BG150 - für BG300 etwa 100 % höher) E0,6 * < 400 µm

17 Elastomerrecycling Potential erkennen und Chancen nutzen! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr.-Ing. Stefan Hoyer Forschungsbereich Extrusionstechnologien und Recycling Reichenhainer Str. 31/33, Zimmer Chemnitz Telefon: Folie 17 von 16