Recycling von Carbon Black Alte Reifen – ein wertvoller Rohstoff

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Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

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Alte Autoreifen werden bereits zur Gewinnung von Energieträgern genutzt. Doch der enthaltene Industrieruß, auch Carbon Black genannt, bleibt oft ungenutzt zurück – zu viele Fremdstoffe verunreinigen ihn. Nun haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP ein Recycling-Verfahren entwickelt, mit dem auch dieser Bestandteil alter Reifen weiter genutzt werden kann.

Valley – Etwa drei Kilogramm Carbon Black – auch Industrieruß genannt – stecken in einem üblichen PKW-Reifen. Das Problem dabei: Für die Herstellung einer Tonne dieses Kohlenstoffpulvers braucht man etwa 1,5 Tonnen fossile Rohstoffe und große Mengen Wasser, es entstehen bis zu drei Tonnen Kohlenstoffdioxid. Daher wäre es sinnvoll, das Carbon Black aus Altreifen zu recyclen.

Material gäbe es genug: Auf den Deponien habe sich bereits rund vier Milliarden Reifen angesammelt, jährlich kommen etwa 1,8 Milliarden dazu. Bislang gewinnt man aus den Altreifen – ebenso wie aus technischen Gummimaterialien – jedoch vor allem Öle, mit denen wiederum Energie für industrielle Prozesse produziert wird oder die als Rohstoff in Raffinerien kommen. Das „Recovered Carbon Black“ dagegen, das bei diesem Pyrolyse-Verfahren entsteht, bleibt größtenteils ungenutzt: Es enthält bis zu 20 Prozent mineralische Asche, die aus den bei der Reifenherstellung genutzten Additiven besteht – v. a. aus silikatischen Verbindungen und Zinkkomponenten.

Befreit von der mineralischen Last

Forscher des Fraunhofer Instituts für Bauphysik (IBP) haben im Auftrag des Münchener Unternehmens RCB Nanotechnologies ein Verfahren zur Entmineralisierung entwickelt, über das sich das recycelte Carbon Black von seiner mineralischen Last befreien lässt. „Das so behandelte Recoverd Carbon Black ist nahezu frei von mineralischen Reststoffen“, sagt Dr. Severin Seifert, Gruppenleiter am Fraunhofer IBP. „Es lässt sich beispielsweise zu 100 Prozent für die Seitenteile von Reifen einsetzen – also ohne Beimischung von primärem Carbon Black. Somit kann es kann die ursprünglichen Industriematerialien vollständig ersetzen.“

Zum Vergleich: Ohne die Entmineralisierung lassen sich gerade einmal zehn Prozent des recycelten Carbon Blacks zum Primärmaterial zumischen. Dazu kommt: Bei dem Entmineralisierungsverfahren entsteht nicht nur hochwertiger Industrieruß. Auch die Mineralstoffe werden mit großer Reinheit wiedergewonnen und können industriell weiterverwendet werden.

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Doch wie gelingt es den Forschern, das Carbon-Black-Asche-Gemisch, das beim Pyrolyse-Verfahren entsteht, entsprechend aufzureinigen? „Wir nutzen dazu einen nasschemischen Prozess“, sagt Christian Kaiser, Projektleiter am Fraunhofer IBP. „Vereinfacht gesagt: Wir geben das (Roh) Carbon-Black-Asche-Gemisch zusammen mit verschiedenen Additiven in einen Reaktor, vermischen es mit Fluid und fahren eine definierte Druck- und Temperaturkurve. Dabei werden die einzelnen Stoffe selektiv aus dem Gemisch herausgelöst.“

Dieser Prozess, der einer Destillation gleicht, ist höchst anspruchsvoll: Die Parameter und Additive müssen derart eingestellt werden, dass sich jeweils nur ein bestimmtes Mineral möglichst sortenrein aus dem Gemisch herauslöst. Zudem müssen Temperatur und Druck dabei so moderat bleiben, dass das Verfahren auch technisch ohne größere Einschränkungen umsetzbar ist. Auch dürfen nicht zu viele Additive zugegeben werden – schließlich gilt es, die wirtschaftlichen Aspekte mit im Blick zu behalten und den Prozess nicht zu teuer werden zu lassen. Einen Teil der Additive gewinnen die Forscher daher zurück und schließen auch hier den Stoffkreislauf.

Das Ergebnis des Entmineralisierungsverfahrens: Recyceltes Carbon Black mit hohem Reinheitsgrad für den Einsatz in Reifen und anderen Gummiprodukten sowie als Farbmittel (Masterbatch) für Kunststoffanwendungen, Silikate, die etwa in der Baustoffindustrie oder für Farben eingesetzt werden können, sowie Zinksalze für unterschiedlichste Anwendungen.

Auf dem Weg zur Großproduktion

Eine Pilotanlage mit einem Reaktorvolumen von 200 Litern existiert bereits – und wird die nächsten zwei Jahre am Fraunhofer IBP für die Forschung im Betrieb sein. Ziel ist es, das Recovered Carbon Black auch für weitere industrielle Anwendungen nutzbar zu machen. Der Grundprozess ist ebenfalls bereits patentiert, mit dem Unternehmen RCB Nanotechnologies als exklusivem Lizenznehmer. Derzeit arbeitet die Firma daran, den Prozess in den industriellen Maßstab zu überführen: Die Produktionshalle ist bereits gebaut, das Reaktorvolumen für einen Produktionsstrang soll jeweils bei 4.000 Litern liegen. Das heißt: Ein Produktionsstrang wird pro Stunde 400 Kilogramm recyceltes Carbon Black von der Asche befreien – das sind 2.500 Tonnen pro Jahr. In der finalen Ausbaustufe soll die gesamte Anlage eine Kapazität von knapp 30.000 Tonnen pro Jahr haben.

Längerfristig soll der Prozess zudem von einem Batch-Prozess in einen kontinuierlichen Prozess überführt werden. Auch Interessenten gibt es bereits. „Unsere Partner bekommen mittlerweile mehr Musteranfragen, als wir bedienen können“, sagt Projektleiter Kaiser. „Schließlich, stellt das so veredelte Recovered Carbon Black eine erste ernstzunehmende und nachhaltige Lösung für den Ersatz der technischen Industrieruße dar.“

* A. Fleck, Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, 83626 Valley

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