Hochleistungs-Füllstoffe für Elastomere aus Plasmalyse von Kunststoff-Abfällen
Das Projekt GreenPlasmaCarbon entwickelt einen nachhaltigen Ersatz für Industrieruß aus Kunststoffabfällen mithilfe eines plasmabasierten Verfahrens. Dadurch werden fossile Rohstoffe ersetzt und CO₂-Emissionen deutlich reduziert. Die gewonnenen Füllstoffe sollen in Elastomeren wie Reifen und technischen Gummiprodukten eingesetzt werden.
Hochleistungs-Industrieruße dienen seit Jahrzehnten als primäre Verstärkungsfüllstoffe in elastomeren Anwendungen wie Reifen oder technischen Elastomerartikeln, wobei ihre Einbindung in das Polymernetzwerk zentrale mechanische und funktionelle Eigenschaften wie Festigkeit, Steifigkeit, Härte und Abriebfestigkeit verbessert. Sie verhindern zudem die statische Aufladung in Dichtungen und verlängern die Lebensdauer von den mit Industrieruß gefüllten Produkten.[1]
@ Fh IWKS
Die Herstellung konventioneller Industrieruße ist jedoch energieintensiv und mit erheblichen Umweltauswirkungen verbunden, während sein Einsatz aktuellen Marktdaten zufolge weiterhin zunimmt. Da Industrieruß überwiegend aus Erdölfraktionen oder Erdgas hergestellt wird, weist er eine ungünstige CO₂-Bilanz mit Emissionen von etwa 2,6 kg CO₂-Äquivalent pro kg auf.[2] In dieser Studie wird PlasmaCarbon als neuartige, nachhaltige Füllstoffalternative vorgestellt, die darauf abzielt, die ungünstige CO₂-Bilanz konventioneller Industrieruße zu reduzieren und zur Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit beizutragen. Mithilfe eines skalierbaren, mikrowellenbasierten Plasmaprozesses können aus großtechnischen Kunststoffabfällen kohlenstoffhaltige Füllstoffe mit vergleichbarem Eigenschaftsprofil wie Industrieruß hergestellt werden.
Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die enorme Menge an Polymerabfällen, die sich allein in Deutschland jährlich auf nahezu 6 Millionen Tonnen summiert. Trotz zunehmend fortschrittlicher Sortier- und Recyclingtechnologien werden mehr als 60 % dieser Abfälle thermisch verwertet.[3] Obwohl die Pyrolyse von Altreifen in den letzten Jahren als Technologie zur Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffen zunehmend an Bedeutung gewonnen hat, liefern die daraus zurückgewonnenen rußähnlichen Rückstände (recovered Carbon Black, rCB) bislang nicht die erforderlichen Eigenschaften für eine effektive mechanische Verstärkung in Hochleistungs-Elastomeren. Ziel des Vorhabens ist es, mit dem entwickelten PlasmaCarbon Leistungseigenschaften zu erreichen, die mit konventionellen Industrierußen vergleichbar sind und damit eine praktikable Alternative darstellen. Dieser Ansatz stellt einen bedeutenden Schritt zu einer nachhaltigen und ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft dar, indem Abfallströme als wertvolle Rohstoffe neu bewertet und in Materialkreisläufe zurückgeführt werden. Darüber hinaus trägt es zur Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Ressourcen sowie zur Verbesserung der gesamten CO₂-Bilanz bei. Folglich zeigt das Projekt das Potenzial auf, einen leistungsfähigen Sekundärrohstoff für Elastomere als nachhaltige Alternative zu Industrieruß zu etablieren und gleichzeitig ein grundlegendes Verständnis dafür zu schaffen, wie Prozessparameter, Partikelmorphologie und Oberflächen-Funktionalisierung innerhalb eines plasmabasierten Syntheseprozesses gezielt eingestellt werden können.
Referenzen:
- Fan, Y.; Fowler, G.D.; Zhao, M.: The past, present and future of carbon black as a rubber reinforcing filler – A review. 2020. Journal of Cleaner Production 247, 119115.
- Eggleston, H.S.; Buendia, L.; Miwa, K. et al.: IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inven-tories. 2006. 3, 3.
- Umweltbundesamt; Artikel: Kunstoffabfälle. 2023.
