Weltweit erste Fluorpolymer-Up-Cycling-Anlage Kunststoff-Up-Cycling statt Deponie – Neues Leben für Fluorpolymere

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Neue Anlage produziert Kunststoffe aus End-of-Life-Produkten – Dyneon hat den Kreislauf geschlossen. Das Chemieunternehmen hat im bayerischen Burgkirchen eine Anlage in Betrieb genommen, mit der sich erstmals die Abfälle wertvoller Materialien aus Fluorpolymeren wiederaufbereiten lassen.

Wenn die DBU ein Fluorchemieprojekt fördere, wüsste man, dass es sich dabei um etwas außergewöhnliches handeln muss, erzählt Monika Willert-Porada. Die Professorin der Universität Bayreuth hat die Forschungsvorarbeit für die Up-Cycling-Anlage geleitet. Die Pilotanlage im Industriepark Gendorf, hat mit den kleinen Versuchen im Labor aber nur noch das Verfahren gemeinsam. Die Dimensionen sind ganz andere: 500 t perfluorierter Polymere kann die Anlage im Jahr up-cyclen. Die Investitionssumme für die Pilotanlagen in Burgkirchen betrug rund sechs Millionen Euro. Sogar das Bundesministerium für Umwelt hat das Projekt mit knapp einer Million Euro unterstützt.

Fluorpolymere sind äußerst hitzeresistent und werden unter anderem als Dichtungs- und Beschichtungsmaterial eingesetzt. Das Anwendungsspektrum reicht von der Bratpfanne über die Architektur bis hin zum Astronautenanzug. Hergestellt wird das Material aus dem wertvollen Rohstoff Flussspat. Neben weiteren Vorteilen, ist der positive Einfluss des neuen Verfahrens auf die Umwelt vielfältig: Zum einen wird die natürliche Ressource Flussspat gespart, was u.a. zu weniger Bergbau, Schwertransporten und Einsatz von Chemikalien führt. Zum anderen sparen Hersteller von Fluorpolymer-Materialien Energiekosten. Die Umweltbelastung sinke zudem, weil die Materialien künftig nicht mehr verbrannt oder deponiert werden müssen.

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Die neue Pilotanlage integriert sich in die bestehenden Fluorpolymer-Produktionslinien von Dyneon und setzt Pyrolyse zur Zersetzung der perfluorierten Polymere ein. Dabei werden gasförmige Monomere zurückgewonnen, welche zunächst aufgereinigt und dann der Produktion zur Herstellung neuer Materialien zugeführt werden. In der ersten Phase wird die Anlage vollfluorierte Polymere, wie z.B. PTFE, PFA, FEP, verarbeiten, und in der zweiten Phase zusätzlich PTFE-Compounds, die Füllstoffe enthalten.

Der Prozessablauf

Bislang gab es keine Möglichkeit, die Werkstoffe wiederzuverwerten. Sie wurden nach Gebrauch verbrannt oder deponiert. Künftig wird das 3M-Tochterunternehmen Dyneon bis zu 500 t Fluorpolymerabfälle pro Jahr nahezu vollständig wiederaufbereiten. Fachleute sprechen von „Up-Cycling“: Im Gegensatz zum klassischen Recycling kann das Chemieunternehmen mit seiner Anlage die wertvollen Grundstoffe zur Herstellung neuer Fluorpolymere in hoher Ausbeute und entsprechender Reinheit gewinnen. In der Fluorpolymerwelt werden diese Neustoffe, die noch keinen Verarbeitungsprozess durchlaufen haben, auch als ‚virginales‘ PTFE, PFA oder FEP bezeichnet.

In dem neuen Hochtemperatur-Recyclingverfahren werden die vollfluorierten Polymere, bevorzugt Produkte nach dem Ende ihres Lebenszyklus, nach Durchlaufen einer Zerkleinerungsstufe bei Temperaturen über 600 °C in ihre Monomere zurückgespalten. Dies sind dieselben chemischen Bausteine, aus denen die Polymere bei ihrer Herstellung produziert worden sind. Hauptsächlich entstehen bei der Pyrolyse Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP), wobei die Wiedergewinnungsrate 90 bis 95 % beträgt. Dieses Gasgemisch wird dann in den Reinigungstrakt der Monomeranlage eingespeist und zusammen mit dem Rohgas der Monomerproduktion destillativ aufgereinigt.

Das Hauptprodukt der Monomersynthese, TFE, wird dabei mit einer 6-Neuner-Reinheit gewonnen, es enthält 99,9999 % TFE. Daher unterscheiden sich die Folgeprodukte, unabhängig ob es sich hierbei um PTFE-Produkte, Fluorthermoplaste oder Elastomere handelt, in keiner Weise von den Ausgangswerkstoffen. Ein Novum in diesem Bereich: Produkte nach dem Erreichen des Endes ihres Lebenszyklus werden in Neuprodukte überführt.

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Ein weiterer Schritt ist das Up-Cycling von PTFE-Compounds. Dafür gab es bis jetzt keine sinnvolle oder technisch machbare Lösung. Sie sind Werkstoffe, bei denen die Fluorkunststoffe noch zusätzlich Füllstoffe enthalten. Typische Füllstoffe in diesem Bereich sind Glasfasern, Glaskugeln, Kohle, Graphit und Ruß. Auch in den Fällen, in denen bisher technisch ein Recycling möglich wäre, scheiterte zumeist die Umsetzung an der fehlenden Möglichkeit, Recyclate – mit den bekannten Nachteilen – wegen fehlender Akzeptanz wieder in den Markt zurückzuführen. Das nächste Projekt in Burgkirchen ist die Aufbereitung dieser Compounds.

Hand in Hand

„Wir sind der Universität Bayreuth und Invertec für die hervorragende Zusammenarbeit, die anwendungsorientierte Forschung und das außergewöhnliche Engagement sehr dankbar. Außerdem wissen wir die finanzielle Unterstützung des Bundesministeriums für Umwelt und der Deutschen Bundesstiftung Umwelt sehr zu schätzen. Ohne diese Hilfe wäre ein Projekt dieser Dimension am Standort Burgkirchen niemals möglich gewesen”, erklärt Burkhard Anders, Geschäftsführer von Dyneon. Er verrät, dass es die Idee dazu schon seit 25 Jahren gibt und sein Vorgänger Dr. Günther Kämpf diese vorangetrieben habe: „Gute Ideen brauchen ein gutes Management, die sie vorantreiben.“

„Die Anlage und der dazugehörige Prozess werden das Denken und Handeln von uns allen ändern. Was einst als ein nutzloser Abfallstrom betrachtet wurde oder allenfalls als Nebenprodukt mit geringem Nutzen, ist nun ein wertvolles Material”, sagt Dr. Klaus Hintzer, Corporate Scientist bei 3M und Ideengeber des Verfahrens. „Ich bin überzeugt davon, dass auch dadurch Fluorpolymer-Materialien weiter an Bedeutung gewinnen werden.“

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