PDF Basket
Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur fallen jährlich in Europa durchschnittlich pro Person fast fünf Tonnen Abfall an. Nur 38 % dieser Abfälle werden recycelt, der Rest wird als Müll deponiert.
„Da Europa seine Umweltziele erreichen und eine Kreislaufwirtschaft erschaffen will, müssen wir neue Wege finden, um mehr Materialien zu recyceln“, sagt Janusz Sikora, Forscher an der Technischen Universität Lublin in Polen.
Die von Sikora und seinem Team im Rahmen des Projekts NEWEX entwickelte innovative Technologie erleichtert den Fertigungsunternehmen die Herstellung neuer Produkte aus Kunststoffabfällen, spart Zeit und Energie und unterstützt die Produktion qualitativ hochwertigerer Materialien. Die Forschenden erproben nun, wie effizient bei dieser neuen Technologie mehrere Typen von Kunst- und Füllstoffen zum Einsatz kommen können.
Fragen rund ums Aggregat
Sikora verfolgte das Ziel, unsere Fähigkeit zu verbessern, hochwertige Ressourcen aus Abfall zu gewinnen. „Ein Beispiel dafür ist die Nutzung von Kunststoffen, die aus recycelten Lebensmittel-, Pflanzen- und Muschelabfällen hergestellt werden“, fügt Sikora hinzu. „Dieses Verfahren ist zwar für die Kreislaufwirtschaft von großem Vorteil, aber derartige Kunststoffe weisen erheblich veränderte Eigenschaften und daher einige Einschränkungen auf.“
Sikoras Team konzentrierte sich auf Extruder, die zur Fertigung von Produkten auf Kunststoffbasis wie etwa Rohren, Dachrinnen und Hausverkleidungen dienen. In diesen kleinen, formgebenden Maschinen wird Kunststoffgranulat geschmolzen, bevor die erweichte Masse durch eine vorgeformte Düse gepresst wird, um fortlaufende Objekte mit einem speziellen Profil herzustellen.
„Wenn es an der Zeit ist, ein neues Produkt herzustellen, muss die Bedienperson meist nur die Extruderdüse austauschen und die Verarbeitungskette anpassen“, erklärt Sikora. Leider wird die Sache dann etwas komplizierter, wenn recycelte Kunststoffabfälle als Grundmaterial zum Einsatz kommen.
„Es kommt auf die genutete Einzugszone an, die in jedem Qualitätsextruder zu finden ist“, sagt Sikora. „Diese Zone, die sich am Anfang des Extrusionsprozesses befindet, übt Druck auf den der Maschine zugeführten Kunststoff aus und erhöht auf diese Weise die Gesamteffizienz.“
In Schwung kommen
Die größte Herausforderung für die Fertigungsunternehmen besteht darin, dass die Extruder ein einheitliches Kunststoffaggregat benötigen, das aus einem einzigen Granulattyp besteht.
Es ist nicht nur so, dass Kunststoff aus recycelten Abfällen als Regranulat hergestellt wird, was bedeutet, dass es aus vielen verschiedenen Granulatgrößen besteht, sondern das Regranulat wird auch noch von jeder Recyclingfirma mit unterschiedlichen Abmessungen produziert. Da dieser Kunststofftyp seine ursprünglichen Eigenschaften verliert, ist er weniger für die Verarbeitung geeignet.
„Hinzu kommen die Verunreinigungen, die im Kunststoff verbleiben und das maschinelle Extrudieren erschweren“, ergänzt Sikora.
All diese Faktoren heben nicht nur viele der ökologischen Vorteile auf, die der Einsatz von Kunststoffen aus recycelten Abfällen mit sich bringt, sondern lassen die Verwendung derartiger Materialien auch weniger kosteneffizient und damit für die Fertigungsunternehmen weniger attraktiv erscheinen.
„Aus Gesprächen mit Unternehmen habe ich erfahren, dass sie sich dort einen Extruder wünschen, bei dem sie die geometrischen Merkmale der genuteten Zonen verändern können“, bemerkt Sikora.
Mit anderen Worten: Es wird eine Lösung gebraucht, die es gestattet, die Abmessungen der Nuten an die Abmessungen des Kunststoffgranulats bzw. -regranulats anzupassen.
Reibungsloser Ablauf
Inspiriert von diesen Gesprächen startete Sikora das EU-finanzierte Projekt NEWEX. „Unser Ziel bestand darin, einen Einschneckenextruder derart anzupassen, dass er so effizient wie möglich aus recyceltem Abfall hergestellten Kunststoffe verarbeiten kann“, fügt er hinzu.
Ein internationales Fachleuteteam hat im Zuge des Projekts virtuelle, digitale und 3D-Modelle der geometrischen Elemente der Nutenzone und des rotierenden Zylindersegments entwickelt. Anschließend führte das Forschungsteam Computersimulationen, Animationen und Berechnungen durch.
Diese Arbeit mündete letztlich in der Entwicklung eines Prototypextruders, der es den Nutzenden gestattet, die Gestaltungselemente des genuteten Einzugsbereichs kontinuierlich zu verändern, indem die Tiefe jeder einzelnen Nut und die Anzahl der Nuten unabhängig voneinander verändert werden. Zudem verfügt er über einen modifizierten Zylinder, der sich in beide Richtungen der Schnecke und mit der gewünschten Geschwindigkeit drehen kann, während die Extruderschnecke an den modifizierten Zylinder angepasst wurde.
„Die NEWEX-Konstruktion besteht aus einer Reihe von beweglichen Elementen, die sich unter dem Einfluss erhöhter Temperaturen aufgrund von Wärme ausdehnen“, erklärt Sikora. „Dadurch fließt das flüssige Material in die Lücken zwischen den beweglichen Elementen.“ Die Lösung von NEWEX ist auf Extruder mit einem Ausstoßbereich von mehreren Tonnen Kunststoff pro Stunde abgestimmt.
Industrie 4.0
Obwohl der Prototyp ursprünglich als Demonstrationsgerät in Lublin eingesetzt werden sollte, weckte er bald das Interesse eines polnischen Extruderunternehmens. Gemeinsam mit einigen Partnern des Projekts NEWEX und mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts PROMATAI wird nun an der Weiterentwicklung des Extruderprototyps gearbeitet. Dabei werden Funktionen mit künstlicher Intelligenz in den Prozess integriert, dank derer die Nutenzone des Extruders automatisch an die Größe des zugeführten Materials anpassbar sein wird.
„Das ist eine gute Nachricht für kleine Fertigungsunternehmen und eine noch bessere für die Umwelt“, betont Sikora abschließend.
Das Projekt NEWEX wurde mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanziert.