W enn die Lebenszyklen von Reifen am Ende sind landen sie oft auf Deponien. Dabei gibt es eine Möglichkeit für Altreifenrecycling. Wie dies funktioniert erklären die Experten DI Christof Maier, Dipl-Ing. Richard Wintersteller, FH-Prof. DI Dr. Erich Markl und DI Dr. Maximilian Lackner.

Christof Maier

DI Christof Maier zeigt devulkanisierten Gummi.

Kunststoffe sind vielseitige Werkstoffe, die wir aus dem täglichen Leben nicht mehr wegdenken können. Die größte und bedeutendste Gruppe sind die Thermoplaste, wie beispielsweise Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und Polvinylchlorid (PVC), welche durch (Wieder-)Erwärmen aufgeschmolzen und geformt werden können, beispielsweise in Spritzguss und Extrusion. Diese Eigenschaft ermöglicht es, Thermoplaste vergleichsweise gut zu rezyklieren. Weltweit werden etwa 350 Millionen Tonnen/Jahr Kunststoffe produziert [1]. Europaweit ist die Recyclingquote von Thermoplasten in den letzten Jahren stetig besser geworden. So werden PET-Flaschen effizient gesammelt und wieder zu Flaschen verarbeitet – oder beispielsweise zu Fasern für Textilien.

Das Recycling der zwei anderen Gruppen von Kunststoffen – Elastomere und Duroplaste – ist viel schwieriger, weil diese Materialien vernetzte Polymerketten aufweisen, wodurch sie nicht mehr schmelzbar sind. Elastomere wie Kautschuk (Naturgummi) und synthetische Gummi-Sorten werden heute nur sehr eingeschränkt wiederverwertet. Einer der Hauptströme an Gummiprodukten stellen Altreifen dar. Weltweit fallen etwa 1,5 Milliarden Stück/Jahr, bzw. > 40 Millionen Tonnen, davon an. Sie werden gelagert, deponiert, verbrannt und teilweise zu Gummimehl weiterverarbeitet. Ein wirkliches stoffliches Rezyklieren ist kaum möglich.

Wie funktioniert Devulkanisierung?

Gummi wird aus Latex hergestellt, indem es mit Schwefel vulkanisiert wird. Das Verfahren stammt von Goodyear und ist seit 150 Jahren bekannt. Dabei erzeugt der Schwefel Verknüpfungen zwischen den Molekülen.

Unter Devulkanisierung versteht man die Umkehrung dieses Prozesses. Dabei sollen die Schwefelbrücken geöffnet und die Polymerketten intakt belassen werden. Die Devulkanisierung kann mechanisch/thermisch oder chemisch erfolgen [2]-[6]. An ihrer Umsetzung wird seit über 50 Jahren geforscht. Typischerweise wird Gummimehl in einem Extruder verarbeitet, rein mechanisch oder unter Zugabe geeigneter Stoffe wie beispielsweise überkritisches CO2

Das Potential von devulkanisiertem Gummi

Devulkanisierter Gummi kann zu einem erheblichen Teil in Gummi-haltigen Produkten als Rohstoff verwendet werden. Dies erlaubt, neben signifikanten Kostenersparnissen (der Rohstoff Gummimehl kostet nur einen Bruchteil von Kautschuk), auch einen geringeren ökologischen Fußabdruck der Produkte, da der Einsatz frischen Gummis deutlich gesenkt werden kann. Aufgrund der Größe des Marktes bieten sich vor allem Reifen für den Einsatz von devulkanisiertem Gummi an.

Altreifenrecycling aus Österreich

Das vom Unternehmen Rubtec entwickelte Verfahren zur Devulkanisierung startet mit Gummimehl. Auf einem Doppelschneckenextruder wird es thermisch/mechanisch aufgebrochen. Spezielle Scavenger brechen die Schwefelbrücken auf. Es erfolgt in einem reaktiven Extrusionsschritt eine weitere Modifizierung des Materials, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Ferner können, je nach Anwendung, Biokunststoffe der Klasse mcl-PHA (medium chain length polyhydroxyalkanoates) hinzugegeben werden. PHA sind Biokunststoffe, welche aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden und über eine Abbaubarkeit verfügen. Damit haben Reifen aus mcl-PHA gegenüber konventionellem Reifenabrieb den Vorteil, nicht in der Natur zu akkumulieren. PHA brauchen nicht aus Stärke bzw. Zucker von Feldfrüchten gewonnen werden, sondern lassen sich aus CO2 darstellen. Dies ist über Cyanobakterien möglich, wodurch die Tank/Teller-Problematik, wie sie von Biokraftstoffen der 1. Generation bekannt ist, vermieden wird. Ein Verfahren zur Herstellung von PHA aus CO2 wurde von den Autoren entwickelt und in [7]-[9] beschrieben.

Autoren: Christof Maier, Richard Wintersteller, Erich Markl, Maximilian Lackner;
Bilder: Adobe Stock, ZVG

Quellen:

[1] https://www.plasticseurope.org/en/resources/publications/619-plastics-facts-2018, accessed Sept. 21, 2019
[2] Ricky Saputra, Rashmi Walvekar, Mohammad Khalid, Kaveh Shahbaz, Suganti Ramarad, Effective devulcanization of ground tire rubber using choline chloride-based deep eutectic solvents, Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 7, Issue 3, June 2019, Article 103151
[3] Saïd Seghar, Lucia Asaro, Morena Rolland-Monnet, Nourredine Aït Hocine, Thermo-mechanical devulcanization and recycling of rubber industry waste Resources, Conservation and Recycling, Volume 144, May 2019, Pages 180-186
[4] Lucia Asaro, Michel Gratton, Saïd Seghar, Nourredine Aït Hocine, Recycling of rubber wastes by devulcanization, Resources, Conservation and Recycling, Volume 133, June 2018, Pages 250-262
[5] Xiaojie Zhang, Prosenjit Saha, Lan Cao, Huan Li, Jinkuk Kim, Devulcanization of waste rubber powder using thiobisphenols as novel reclaiming agent, Waste Management, Volume 78, August 2018, Pages 980-991
[6] Fabiula D. B. de Sousa, Carlos H. Scuracchio, Guo-Hua Hu, Sandrine Hoppe, Devulcanization of waste tire rubber by microwaves, Polymer Degradation and Stability, Volume 138, April 2017, Pages 169-181
[7] Kamravamanesh, D., Pflügl, S., Nischkauer, W., Limbeck, A., Lackner, M., Herwig, C. 2017, Photosynthetic poly-β-hydroxybutyrate accumulation in unicellular cyanobacterium, Synechocystis sp. PCC 6714. AMB Express, 7(1), 143.
[8] Kamravamanesh, D., Pflügl, S., Lackner, M., Herwig, C, 2018, increased biopolyer production in cyanobacterial using random mutagenesis (Austrian patent application No.A68/2018)
[9] Kamravamanesh, D., Kovacs, T., Pflügl, S., Druzhinina, I., Kroll, P., Lackner, M., Herwig, C. 2018. Increased poly-β-hydroxybutyrate production from carbon dioxide in randomly mutated cells of cyanobacterial strain Synechocystis sp. PCC 6714: Mutant generation and characterization. Bioresour. Technol., 266, 34-44.

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