Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Mit der CSR-Richtlinie (Corporate Social Responsibility) steigt der Druck auf gro\u00dfe Unternehmen eine CO2 Bilanz f\u00fcr eigene Produkte auszustellen. Damit stehen jedoch auch die Zulieferer in der Pflicht, denn f\u00fcr eine CO2-Bilanzierung mit den Systemgrenzen \u0084cradle to gate\u0093 m\u00fcssen auch Vorprodukte ent-lang der Lieferkette ber\u00fccksichtigt werden. Mit einem Fokus auf Bauteile aus dem Spritzguss wird im Projekt Sek\u00c4qui eine \u00f6kologische Optimierung des Fertigungsprozesses durch den Einsatz von Se-kund\u00e4r-rohstoffen untersucht. Hierzu wird das Treibhauspotential der Produktion \u00fcber eine Berechnung der CO2 \u00c4quivalente von Rezyklaten aus prozessbedingten Industrieabf\u00e4llen wie Angussteilen be-stimmt. Anhand des mechanischen Recyclings der Firma Kunststofferzeugnisse Occhipinti sollen Handlungs-empfehlungen erarbeitet werden, welche auf andere Prozesse \u00fcbertragbar sind. Diese wer-den in einem Handlungsleitfaden zusammengefasst, so dass am Kunststoff-Institut L\u00fcdenscheid Unter-nehmen darin geschult werden k\u00f6nnen, die firmeninternen Abl\u00e4ufe eigenst\u00e4ndig zu bilanzieren, um Ihre zuk\u00fcnftige Berichtspflicht \u00fcber den Product Carbon Footprint (PCF) zu erf\u00fcllen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu Beginn wurde ein Standardprozess entwickelt, welcher eine Kreislaufwirtschaft abbilden konnte, in-dem stufenweise neuwertige Rohstoffe durch Rezyklate ersetzt wurden. Stellvertretend f\u00fcr die Produk-tion kunststoffverarbeitender Betriebe wurde das Spritzgie\u00dfen eines Zugstabes gem\u00e4\u00df den Vorgaben aus DIN EN ISO 527-2 f\u00fcr das Normteil Typ 1A ausgew\u00e4hlt.
\nMit der Definition von Mess- und Wirkgr\u00f6\u00dfen auf diesen Standardprozess wurde eine Versuchsmatrix erstellt, welche daraufhin als Grundlage f\u00fcr die Versuchsdurchf\u00fchrung einschlie\u00dflich der Berechnung des PCF nach DIN EN ISO 14067 diente. Zur Optimierung des Energiebedarfs nach Euromap 60.2 wurde der Stromverbrauch f\u00fcr das Spritzgie\u00dfen des Normteiles auf einer voll-hydraulischen Spritz-gie\u00dfmaschine mit einer rein elektrisch arbeitenden Spritzgie\u00dfmaschine verglichen und in Bezug zum gesamten PCF des Zugstabes gesetzt. Als Abschneidekriterium f\u00fcr die zu bilanzierenden Prozessin-puts und -outputs wurde eine Masse von 1 % bezogen auf die kumulierte Masse aus allen Stoffstr\u00f6men des Produktsystems gesetzt. F\u00fcr die Berechnung des PCF wurde die \u00d6kobilanzierungssoftware Um-berto LCA+ von iPoint-systems sowie die Stoffdatenbanken Ecoinvent 3.8 und GaBi SP40 2020 ver-wendet. F\u00fcr den Einsatz von Sekund\u00e4rrohstoffen wurde das mechanische Recycling von Industrieabf\u00e4l-len am Werk des Projektpartner Kunststofferzeugnisse Occhipinti analysiert, um den PCF bezogen auf 1 kg Mahlgut der technischen Kunststoffe Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polyamid 6.6 mit 30 % Glasfaser-anteil (PA66GF30), Polycarbonat (PC) und Polyoxymethylen (POM) zu berechnen. Zudem wurde \u00fcber den Projektumfang hinaus das mechanische Recycling der aufgef\u00fchrten techni-schen Kunststoffe auch mittels einer Beistellm\u00fchle in einem Inline-Recycling zur Produktionslinie er-fasst. Mit dem Einsatz von Rezyklaten in dem entworfenen Standardprozess zur Fertigung eines Zug-stabes, durchlief der Materialstrom mehrere Produktsysteme, so dass die Multifunktionalit\u00e4t des Re-cyclings auch in Bezug auf die CO2-Bilanzierung eines Produktes der betroffenen Systeme \u00fcber Alloka-tionsverfahren f\u00fcr ein Recycling im offenen Kreislauf zugeordnet werden musste. Daher wurde der Ein-fluss des jeweiligen Allokationsverfahrens in Form der 100:0, 50:50, und 0:100-Regel auf den PCF \u00fcber eine detaillierte Darstellung der Gutschriften und Belastungen auf die Produktlebenszyklusphasen der Rohstoffgewinnung, des Recyclings sowie der Entsorgung bestimmt. Die Erkenntnisse aus der Trans-formation einer linearen Produktionskette in eine Kreislaufwirtschaft innerhalb des definierten Standard-prozess des Spritzgie\u00dfens wurden in einem Handlungsleitfaden zusammengefasst, welcher die Grund-lage f\u00fcr eine Schulung von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) am Kunststoff-Institut L\u00fcden-scheid bildete. Eine Pilotschulung fand bereits am 21. Juni 2022 im Rahmen des Projektkonsortiums unter Einbeziehung aller Projektpartner statt, wobei vor allem die Firma Kunststofferzeugnisse Occhi-pinti als KMU der Zielgruppe dieser Schulung entsprach. Initialisiert durch das erste Feedback basie-rend auf dieser Politschulung durchlief der Handlungsleitfaden bis Projektende einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ausgehend von dem definierten Standardprozess zur Fertigung eines Zugstabes mittels der hydrauli-schen Spritzgie\u00dfmaschine Krauss Maffei CX 130\/380 D30 wurde gezeigt, dass die rein elektrisch ar-beitende Spritzgie\u00dfmaschine Sumitomo Demag IntElect 130\/520-250 D30 durch eine erh\u00f6hte Energie-effizienz denselben Prozess bei etwa der H\u00e4lfte des urspr\u00fcnglichen Stromverbrauches abbilden konnte. Somit wurden alle folgenden Versuchsreihen gem\u00e4\u00df der erstellten Versuchsmatrix auf der rein elektrisch arbeitenden Spritzgie\u00dfmaschine durchgef\u00fchrt. Aufgrund der scherverd\u00fcnnenden Eigenschaf-ten der Kunststoffschmelze als strukturviskoses Fluid wurde als Einstellgr\u00f6\u00dfe auf den Spritzgie\u00dfpro-zess die Flie\u00dffrontgeschwindigkeit stufenweise von 100 mm\/s auf 300 mm\/s erh\u00f6ht. Entgegen den Er-wartungen zeigte der gemessene Stromverbrauch bei der Verarbeitung des neuwertigen Granulats je-doch keine signifikante Abh\u00e4ngigkeit von der Flie\u00dffrontgeschwindigkeit. Ausschlie\u00dflich bei dem Ein-satz von 100 % Rezyklat wurde in der Versuchsreihe des Kunststoffs PA66GF30 eine geringe Abnah-me des spezifischen Energiebedarfs um etwa 2,5 % sichtbar. Dagegen f\u00fchrte die Substitution des Pri-m\u00e4rmaterials durch Rezyklat in Form von Mahlgut je nach betrachteter Kunststoffsorte zu einer gering-f\u00fcgigen Verbesserung der Energieeffizienz beim Spritzgie\u00dfen der Zugst\u00e4be. Die Abnahme des Ener-giebedarfs k\u00f6nnte die Folge einer geringeren Viskosit\u00e4t der Kunststoffschmelze sein, welche durch ei-ne Verk\u00fcrzung der Polymerkettenl\u00e4nge bei dem mechanischen Recycling hervorgerufen wurde. Um die Auswirkungen des eingesetzten Rezyklats auf die Produktqualit\u00e4t zu \u00fcberpr\u00fcfen, wurden Zugversuche an den hergestellten Zugst\u00e4ben der jeweiligen Versuchsreihen durchgef\u00fchrt. Die gemessene Zugfes-tigkeit des Mahlgutes zeigte f\u00fcr die reinen Polymere aus ABS, PC und POM jedoch keine Abnahme der Zugfestigkeit gegen\u00fcber dem Prim\u00e4rrohstoff. Dagegen belegte die Versuchsreihe von PA66GF30 eine Abnahme der Zugfestigkeit um 15 %, so dass bereits das einmalige mechanische Recycling ggf. \u00fcber eine Verk\u00fcrzung der Glasfaserl\u00e4nge unmittelbare Auswirkungen auf die Zugfestigkeit des Mahlguts zur Folge hatte. Je nach den zu erf\u00fcllenden Anforderungen an das Produkt kann der Prim\u00e4rrohstoff somit nur anteilig durch Mahlgut ersetzt werden, wobei ein Anteil an Rezyklat von bis zu 20 % in der Praxis f\u00fcr die meisten Produkte umsetzbar ist. Mittels einer Skalierung der aktuellen Verarbeitungsquote an Rezyklat aus \u0084post industrial waste\u0093 von 6,4 % auf 20 % wurde anhand der berechneten CO2-\u00c4quivalente f\u00fcr Kunststoffmahlgut dargestellt, dass sich selbst aus dieser anteiligen Substitution von neuwertigem Granulat durch Mahlgut ein Einsparpotential von etwa 8,77 Mio. Tonnen CO2e ergibt.
\nSomit kann das mechanische Recycling einen wichtigen Beitrag zur Minderung der Treibhausgasemis-sionen auf maximal 118 Mio. Tonnen CO2e laut Bundesklimaschutzgesetz im Jahr 2030 leisten. F\u00fcr die untersuchten Kunststoffe ABS, PA66GF30, PC und POM konnte gezeigt werden, dass der berechnete PCF von Kunststoffmahlgut mindestens um den Faktor 20 geringer ist als f\u00fcr das entsprechende Gra-nulat aus Prim\u00e4rrohstoff. Die durchgef\u00fchrten Sensitivit\u00e4tsanalysen belegten dar\u00fcber hinaus ein hohes Optimierungspotential zur Verringerung des Treibhauspotentials durch eine Reduktion des beim Mahlen anfallenden Kunststoffstaubes sowie durch den Einsatz von Strom aus regenerativen Energien. F\u00fcr zu-k\u00fcnftige Untersuchungen bietet sich somit eine Analyse zur Verringerung des Staubanteils im Mahlgut an. Zudem f\u00fchrten Messungen f\u00fcr den Kunststoff PA66GF30 zu noch keinen eindeutigen Ergebnissen in dem spezifischen Energieverbrauch bei dem Inline-Recycling \u00fcber eine Schneidm\u00fchle, so dass fort-f\u00fchrende Untersuchungen \u00fcber die Auswirkungen des Glasfaseranteils auf das mechanische Recycling der reinen Polymere systematisch durchgef\u00fchrt werden sollten. Dar\u00fcber hinaus wurde in einem Modell zum offenen Recyclingkreislauf gezeigt, dass die Abnahme des PCF durch den Einsatz des bilanzierten Mahlgutes stark von dem angewendeten Allokationsverfahren abh\u00e4ngig ist. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Rahmen der \u00d6ffentlichkeitsarbeit wurde an der THM eine Website zu dem Forschungsprojekt \u0084Se-k\u00c4qui\u0093 (https:\/\/www.thm.de\/wi\/forschung\/projekte\/sekaequi) eingerichtet. Daraufhin wurde in ver-schiedensten Veranstaltungen der Technischen Hochschule Mittelhessen von den Hochschulinformati-onstagen \u00fcber Vorlesungen im Gebiet Life Cycle Management bis hin zu der Bearbeitung von Fallstu-dien und Abschlussarbeiten auf das Forschungsprojekt \u0084Sek\u00c4qui\u0093 verwiesen. Die Projektergebnisse \u00fcber die Berechnung des PCF von Mahlgut am Werk des Projektpartners Kunststofferzeugnisse Oc-chipinti wurden von der THM online auf der \u0084\u00d6kobilanzwerkstatt 2022\u0093 (https:\/\/www.oekobilanzwerkstatt.tu-darmstadt.de\/oekobilanzwerkstatt_oebw\/index.de.jsp) vom 21. bis 22 September im Format einer wissenschaftlichen Tagung an der TU Darmstadt pr\u00e4sentiert. Zugleich wurden die auf diese Weise verteidigten Projektergebnisse der CO2-\u00c4quivalente von ABS, PA66GF30, PC und POM als Sekund\u00e4rrohstoffe in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift \u0084Waste\u0093 des Herausge-bers MDPI als \u0084open access\u0093 unter dem Titel \u0084Carbon Footprint of Mechanical Recycling of Post-Industrial Plastic Waste: Study of ABS, PA66GF30, PC and POM Regrinds\u0093 (https:\/\/www.mdpi.com\/2813-0391\/1\/1\/10) ver\u00f6ffentlicht. Zudem wurden auf der \u0084International Con-ference on Resource Sustainability 2022\u0093 (icRS) (https:\/\/www.icrsconf.com\/icrs_2022.html), gehosted von der \u0084University of Michigan\u0094, am 01.08.2022 die Projektergebnisse \u00fcber den Einfluss des gew\u00e4hl-ten Allokationsverfahrens auf den Product Carbon Footprint pr\u00e4sentiert. Hierzu durchl\u00e4uft eine weitere Ver\u00f6ffentlichung in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift \u0084Resources, Conservation & Recycling Ad-vances\u0093 des Herausgebers Elsevier den peer-review Prozess. Dar\u00fcber hinaus wurden die dargestellten Projektergebnisse in einer Schulung \u00fcber die Erstellung einer CO2-Bilanz f\u00fcr Kunststoffverarbeiter am 17. November 2022 unter dem Titel \u0084CO2-Bilanz f\u00fcr Kunststoffverarbeiter\u0093 am Kunststoff-Institut L\u00fcden-scheid vor projektexternen Teilnehmern pr\u00e4sentiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das \u00fcbergeordnete Ziel der Erarbeitung einer Vorgehensweise f\u00fcr Kunststoffverarbeiter zur Bewertung des Product Carbon Footprint beim Einsatz von Rezyklaten wurde erreicht. Die dargestellten Ergebnis-se und Herausforderungen, welche sich auch aus der Integration von Rezyklaten in der Produktion auf die CO2-Bilanzierung ergeben, konnten in einem Handlungsleitfaden verarbeitet werden. Dieser bildete die Basis f\u00fcr die nun am Kunststoff-Institut angebotenen Schulung \u0084CO2-Bilanzierung f\u00fcr Kunststoffver-arbeiter\u0093, welche neben der erforderlichen Theorie \u00fcber das normgerechte Vorgehen zur CO2-Bilanzierung auch eine entsprechende Umsetzung mit dem ecocockpit der Effizienz-Agentur NRW ver-mittelt. Eine entsprechende Pilotschulung von kleinen und mittleren Unternehmen zur CO2-Bilanzierung wurde innerhalb der Projektlaufzeit am Kunststoffinstitut durchgef\u00fchrt. Der eingef\u00fchrte Standardprozess anhand des Fertigungsverfahrens des Spritzgie\u00dfens l\u00e4sst sich hierbei auf andere Fertigungsverfahren \u00fcbertragen, so dass die Schulungsteilnehmenden auch andere firmeninterne Prozesse und Produkte anhand des gezeigten Vorgehens selbstst\u00e4ndig bilanzieren k\u00f6nnen. Dar\u00fcber hinaus konnten im Projekt \u0084Sek\u00c4qui\u0093 CO2-\u00c4quivalente von Sekund\u00e4rrohstoffen aus \u0084post industrial waste\u0093 in Form von Mahlgut f\u00fcr die technischen Kunststoffe Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polyamid 6.6 mit 30 % Glas-faseranteil (PA66GF30), Polycarbonat (PC) und Polyoxymethylen (POM) aus dem Werk des Projekt-partners Kunststofferzeugnisse Occhipinti berechnet werden. Die \u00fcber Sensitivit\u00e4tsanalysen validierten Ergebnisse belegen hierbei eine Reduktion des Treibhauspotentials von Mahlgut gegen\u00fcber Neuware von mindestens 95 % bezogen auf die im Projekt betrachteten Kunststoffe.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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