Coperion: Doppelschneckenextruder für Chemisches Kunststoff-Recycling an der Universität Gent

Der Doppelschneckenextruder ZSK von Coperion eignet sich laut Anbieter aufgrund seiner intensiven Dispergier- und Entgasungsleistung in besonderem Maße für das engergieeffiziente Chemische Recycling von gemischten Kunststoffabfällen - (Bilder: Coperion).

Für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten beim Chemischen Recycling von gemischten Kunststoffabfällen liefert Coperion eine Extrusionsanlage an die Universität Gent, Belgien. Diese Laboranlage rund um einen Doppelschneckenextruder ZSK 18 MEGAlab hat der Maschinenbauer speziell für das Chemische Recycling von Post-Consumer-Waste in einem Durchsatzbereich von 1-10 kg/h ausgelegt. Sie umfasst neben dem Extruder einen Dosierer von Coperion K-Tron sowie eine Vakuumanlage.

Die Universität Gent gilt als Vorreiter bei der Entwicklung des Chemischen Recyclings von Kunststoffabfällen. Chemische Reaktionstechnik im Allgemeinen und die Kinetik chemischer Reaktionen im Besonderen sind wichtige Forschungsgebiete am Labor für Chemische Technologie (LCT) der Universität Gent. Dazu gehören unter anderem die Optimierung bestehender industrieller Prozesse sowie die Entwicklung, Optimierung und das Scale-up neuartiger Technologien zur Reduktion von Abfallströmen und Energieverbrauch.

Doppelschneckenextrusion für effizienten Energieeintrag
Nachdem der Post-Consumer-Abfall, geshreddert oder kompaktiert, mittels Coperion K-Tron Dosierer in das Verfahrensteil des Extruders eingebracht wurde, wird den weiteren Anbieteranagben zufolge dort in kurzer Zeit mittels kontinuierlicher Oberflächenerneuerung sowie intensiver Dispergierung und Scherung über die Doppelwellen sehr viel mechanische Energie in die Materie eingetragen.

Innerhalb von ca. 30 Sekunden entsteht demzufolge eine homogene, stark entgaste, bis zu 350°C heiße Schmelze, in die die Energie sehr effizient eingebracht wurde.

Weitere Stoffe wie Katalysatoren können bei Bedarf zudosiert und eingemischt werden. Teilweise werden mit den Kunststoffabfällen Wasserrückstände oder Chloride aus PVC in geringen Mengen in den Extruder eingebracht. Beides soll über Vakuumentgasungen am Verfahrensteil des Extruders zuverlässig abgeführt werden.

Auf größeren ZSK-Extrusionsanlagen sollen beim Chemischen Recycling Durchsätze von bis zu 20 t/h realisiert werden können. Dank der Arbeitsweise der Doppelschnecken können Polymere verschiedener Viskositäten plastifiziert werden. Die plastische Energiedissipation erfolgt in kurzer Zeit. Alle produktberührenden Teile des Extruder-Verfahrensteils können bei Bedarf mit hohem Korrosions- und Verschleißschutz ausgeführt werden, so dass auch die Verarbeitung aggressiver Stoffe langzeitig möglich ist.

Das Chemische Recycling gilt als vielversprechender Prozess, um gemischte Kunststoffabfälle sowohl technisch als auch ökonomisch sinnvoll rezyklieren zu können.

Rückgewinnung der Rohstoffe
Im Reaktor wird die Schmelze, die zuvor im Doppelschneckenextruder auf bis zu 350°C erhitzt wurde, weiter aufgeheizt. Bei bis zu 500°C erfolgt die Pyrolyse der Polymere, die auf dem Prinzip der zufälligen Spaltung basiert und Radikale erzeugt. Gleichzeitig werden unter Sauerstoffausschluss Kettenreaktionen ausgelöst, die zur Spaltung der Polymere in ein Gemisch aus flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen führen. Als wichtige Faktoren zur Steuerung dieses Prozesses gelten die Verweilzeit, die Temperatur und die Art des Pyrolysemittels.

Alle anorganischen Bestandteile des Post-Consumer-Abfalls verbleiben im Sumpf des Reaktors und werden dort ausgeschleust. Die organischen Kohlenwasserstoffe der Polymere verflüchtigen sich. Sie werden zu Monomeren, petrochemischen Grundstoffen oder Synthesegasen umgewandelt und in einem Destillator zu marktfähigen Produkten, wie Öl, Schweröl oder Wachsen, weiterverarbeitet.

Die Universität Gent forscht intensiv am chemischen Recycling-Prozess. Auch wenn das mechanische Recycling von Kunststoffen als eine sehr praktikable Methode der Kunststoffwiederverwertung gilt, weist sie aufgrund der Schwierigkeiten bei der Abfalltrennung Grenzen auf. Mit chemischem Recycling können diese Einschränkungen überwunden werden.

Der Doppelschneckenextruder ZSK von Coperion wird Teil eines neuen Aufbaus für chemisches Recycling an der Universität Gent sein. Er wird unter anderem mit einem Wirbelreaktor gekoppelt sein; so fließt der geschmolzene Kunststoff direkt in den Reaktor. Es können verschiedene Technologien zur Umwandlung der Kunststoffabfälle in Chemikalien eingesetzt werden, so beispielsweise die katalytische Pyrolyse oder die thermo-chemische Verarbeitung (Cracken).

„Wir sind stolz darauf, die renommierte Universität Gent mit unserem Know-how und unserer Technologie bei ihren Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten rund um das Chemische Recycling von Kunststoffen unterstützen zu dürfen. Wir sehen das Chemische Recycling als wegweisenden Prozess für die Rückgewinnung von Rohstoffen aus gemischten Kunststoffabfällen. Mit dieser Methode wird es uns langfristig gelingen, unsere wertvollen Ressourcen zu schonen. Sobald die Recycling-Anlage rund um den ZSK-Doppelschneckenextruder bei der Universität Gent ihren Betrieb aufgenommen hat, steht diese auch unseren Kunden für Tests zur Verfügung“, sagt Jochen Schofer, Business Segment Manager Recycling & Direct Extrusion bei Coperion.

Weitere Informationen: www.coperion.com, ugent.be

Coperion GmbH, Stuttgart

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