Vaku-Isotherm GmbH
Schönborner Str. 31
09669 Frankenberg
VIPs sind Hochleistungsdämmstoffe und bestehen vorrangig aus einem Stützkern aus pyrogener Kieselsäure, der energieintensiv in der Herstellung ist. VIPs werden in spezifischen Anwendungsfällen wie pharmazeutischen Transportboxen nach einer Nutzungsdauer von oft nur wenigen Jahren entsorgt, was zu erheblichen ökologischen und ökonomischen Belastungen führt.
Hohe CO2-Emissionen: Die Produktion der pyrogenen Kieselsäure verursacht signifikante CO2-Emissionen.
Entsorgung: VIPs werden meist deponiert oder verbrannt, da es kein etabliertes Recyclingverfahren gibt.
Ressourcenverbrauch: Die Herstellung der Kieselsäure ist ressourcenintensiv.
Das Projekt zielt darauf ab, ein Verfahren zur Kreislaufführung von VIP-Stützkernen mit einem maximalen Rezyklatanteil von mindestens 95 % zu entwickeln, ohne die Wärmeleitfähigkeit signifikant zu erhöhen. Dies soll durch folgende Maßnahmen erreicht werden:
Entwicklung eines Recyclingprozesses: Ein Verfahren zur Extraktion und Wiederverwertung des alten Stützkernmaterials wird entwickelt und optimiert. Verschiedene Techniken sollen getestet werden, um eine optimale Verarbeitbarkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit zu erreichen.
Rückführungskonzept: Es wird ein Konzept erstellt, wie ausgemusterte VIPs an den Hersteller zurück geliefert werden können. Dies könnte durch ein Pfandsystem oder durch wirtschaftliche Anreize für die Kunden erreicht werden. Insbesondere für pharmazeutische Transportboxen, die bereits teilweise rückgeführt werden, soll die Logistik verbessert werden.
Umweltbilanzierung: Die Umweltwirkungen des Recyclingprozesses werden durch eine Life Cycle Assessment (LCA) quantifiziert. Ziel ist es, die ökologischen Vorteile im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung aufzuzeigen und den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren.
Umweltbezogene Zielsetzungen:
Reduktion von CO2-Emissionen und Energieverbrauch: Durch Wiederverwendung des Stützkernmaterials sollen die CO2-Emissionen und der Energieverbrauch signifikant reduziert werden.
Verringerung von Abfällen: Durch die Einführung eines effektiven Recycling- und Rückführungsverfahrens sollen Deponie- und Verbrennungsabfälle minimiert werden.
Optimierung der Herstellungskosten: Reduktion des Einsatzes neuer Rohstoffe durch Recycling. Dies soll zusätzliche wirtschaftliche Anreize für Firmen schaffen, sodass ökologischer und ökonomischer Nutzen erreicht wird.
Zur Zerkleinerung der Stützkerne soll zunächst das von Vaku-Isotherm standardmäßige Verfahren (Rührwerkzerkleinerung) sowie eine weitere Zerkleinerungsvariante (Walzenbrechen) getestet werden. Das erhaltene Rezyklat soll anschließend seitens der TU Dortmund mikroskopisch mit frischem Material verglichen und eine Veränderung der Pulverbeschaffenheit untersucht werden.
Im Weiteren werden seitens der TU Dortmund die mechanischen Eigenschaften (Kerndichte vs. 3-PB) der Kerne verglichen, welche aus den beiden Pulvern (Frischware und rezykliertes Pulver) im Labormaßstab verpresst wurden.
Aus den Erkenntnissen der Tests soll im Anschluss versucht werden, die mechanischen Eigenschaften der Kerne aus dem rezyklierten Pulver zu optimieren. Dies soll durch Zugaben von Fasern (unterschiedliche Strukturen und Ma.-%) und/oder Anpassung des Feuchtegehaltes des Rezyklates erfolgen. Die am besten geeignete Mischung aus den Versuchen soll dann für die VIP-Herstellung im Labormaßstab, zur Wärmeleitfähigkeitsmessung sowie der Überführung in den Industriemaßstab bei der Fa. Vaku-Isotherm genutzt werden.
Im zweiten Arbeitspaket soll seitens Vaku-Isotherm die Möglichkeiten geprüft werden, wie beschädigte oder am Ende der Lebensdauer befindliche VIPs von Transportboxen-Herstellern an den VIP-Hersteller zurück geliefert werden können. Dabei ist zu prüfen, in welcher Menge und Beschaffenheit die Transportboxen in den Servicecentern der Boxen-Hersteller bereits gesammelt werden. Zusätzlich soll untersucht werden, welche Anreize für den Transportboxen-Hersteller geschaffen werden müssen, damit dieser die ausgelagerten VIPs sammelt und zurück liefert.
Nach einer erfolgten Rücklieferung muss seitens Vaku-Isotherms geprüft werden, in welchem Zustand die VIPs nach der Verwendung sind und welche Aufwände unternommen werden müssen, um die VIP-Stützkerne zu recyclen. Dabei müssen alle aufgebrachten Kosten und Zeitaufwände der einzelnen Arbeitsschritte ermittelt werden, um eine Übersicht potenzieller Einsparpotenziale zu erstellen.
Im Rahmen des dritten Arbeitspakets wird durch die TU Dortmund der Einfluss des Recyclings von Stützkernen auf die Ökobilanz von VIPs untersucht. Dabei erfolgt ein vergleichender Ansatz zwischen einem Recycling-VIP und einem Standard-VIP. Zur Bewertung sind detaillierte Analysen der einzelnen Produktionsschritte sowie der eingesetzten Ausgangsmaterialien erforderlich. Im Fokus der Untersuchung stehen dabei relevante Umweltwirkungen wie z.B. das GWP.
Im Rahmen des Forschungsprojekts „Kreislaufführung von VIP-Stützkernen“ wurden drei Arbeitspakete bearbeitet. In Arbeitspaket 1 wurde mithilfe verschiedener Versuche und Bildgebung eine Untersuchung des rezyklierten Materials und daraus abgeleitet eine Zumischung neuer Fasern abgeleitet. Mit diesem Mischungsverhältnis ist das angestrebte Ziel eines Rezyklatanteils von 98,4 Ma.-% erreicht und damit das Ziel von mindestens 95 Ma.-% Rezyklatanteil erfüllt. Ergänzend zur Beimischung von 1,4 Ma.-% Cellulosefasern zur rezyklierten Mischung wurde festgelegt die Stützkerne vor der Zerkleinerung zur besseren Verarbeitbarkeit zu trocknen. So hergestellte Kerne haben im Industriemaßstab im Mittel eine Kern-Dichte von 198 kg/m³ aufgewiesen und eine WLF von 4,29 mW/(mK). Das definierte Ziel eine WLF von 4,5 mW/(mK) ist somit erreicht worden.
In Arbeitspaket 2 wurde gezeigt, dass eine Rückholung von Stützkernen von den Kunden von Vaku-Isotherm möglich ist. Aufgrund der ökonomischen Vorteile für Vaku-Isotherm ist es möglich, dem Kunden eine Gutschrift zu geben, um so einen weiteren Anreiz für die Rücklieferung der Kerne zu geben.
Die vergleichende LCA in Arbeitspaket 3 hat gezeigt, dass durch die Verwendung von rezykliertem Stützkernmaterial in den untersuchten Wirkungskategorien eine Reduktion der Umweltwirkung zwischen 71,1 % (GWP) und 83,9 % (Feinstaubbildung) möglich ist.
Am Lehrstuhl Bauphysik und Technische Gebäudeausrüstung wurde im Zuge des Forschungsprojekts eine Masterarbeit durchgeführt. Diese hat sich mit der vergleichenden LCA beschäftigt.
Die Vaku-Isotherm GmbH veröffentlichte die Inhalte des Forschungsprojekts auf ihrer Unternehmenswebseite. Zusätzlich erschien ein Beitrag auf der Webseite eines international tätigen Transportboxenherstellers, wodurch die Sichtbarkeit und Reichweite des Projekts, insbesondere im internationalen Umfeld, weiter gesteigert werden konnte.
Die Markteinführung soll durch Beiträge auf der Unternehmenswebseite, LinkedIn-Veröffentlichungen und ein Produktdatenblatt unterstützt werden. Die im Projekt hergestellten Demonstratoren dienen der Veranschaulichung der entwickelten Recycling-VIPs bei Kundengesprächen. Das Produktdatenblatt soll sowohl digital als auch auf Fachmessen zur Vermarktung des nachhaltigen Produkts eingesetzt werden.
Die Projektziele wurden erreicht. Im Industriemaßstab konnten VIPs mit rezykliertem Stützkernmaterial und einer Wärmeleitfähigkeit von 4,29 mW/(m·K) hergestellt werden. Das Alterungsverhalten entsprach dem von Standard-VIPs. Die erzielten Ergebnisse bilden die Grundlage für die Einführung eines nachhaltigeren Produkts seitens Vaku-Isotherms, welches den Kunden angeboten werden kann.
Zudem wurde ein Rückholungskonzept entwickelt, das durch die Gewährung einer Gutschrift Anreize zur Rückgabe gebrauchter VIPs schafft und so die kontinuierliche Verfügbarkeit von Recyclingmaterial auch über die Projektlaufzeit hinaus unterstützt.
Die vergleichende LCA belegt die ökologischen Vorteile des rezyklierten Stützkernmaterials. Durch die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien bei der Stützkernherstellung können die Umweltbelastungen weiter gesenkt werden.