GABRIELA

Vorgehensweise

Im Vorhaben sollen die relevanten technische Kunststoffe Polypropylen (PP) und Polyamid (PA) aus dem Fahrzeugbau am Beispiel von Batteriegehäusen in Abhängigkeit vom Zustand der Abfälle (Produktionsabfall, Konsumptionsabfall) betrachtet werden. Seitens der Kunststoffverarbeitung sollen die zwei Prozesstechnologien Spritzguss und Fließpressen betrachten werden. Die Anforderungen an die Rezyklate werden von der Schnittstelle zur Fertigung bestimmt. Für die Aufbereitung soll neben der vergleichsweise etablierten mechanischen Aufbereitungsroute soll eine neuartige lösemittelbasierte Recyclingroute untersucht werden.

Für die Prozessrouten werden Ökobilanzen nach DIN EN ISO 14040 erstellt. Dazu werden alle relevanten Daten für die einzelnen Routen erhoben. Diese umfassen Energie- und Materialbedarfe, sowie Materialzusammen-setzungen und relevante Bauteileigenschaften. Diese werden zur Erstellung von Sachbilanzen, welche die Grundlage der Ökobilanz darstellen, genutzt. Die hierfür erforderliche Sensorik wird mit Unterstützung der Projektpartner, wo notwendig, vor Ort installiert. Für Hintergrundsysteme (z.B. Energieerzeugung, Transport) werden Daten aus kommerziellen Datenbanken genutzt. Oftmals steigt die Effizienz eines Prozesses vom Übergang vom Labor- auf den Pilot- und Großserienmaßstab, was mit einer Reduzierung der Umweltwirkungen einhergeht. Die deshalb notwendige Hochskalierung geht bei einer klassischen Herangehensweise der LCA-Entwicklung mit einer Ungenauigkeit in der Datenlage einher. Um das Batteriewannen-Recyclingsystem im industriellen Maßstab möglichst genau repräsentieren zu können, soll deswegen eine Skalierung der Modellierungsgrundlage erfolgen. Auf Basis physikalischer oder ökonomischer Zusammenhänge werden Kenngrößen erarbeitet, anhand derer auftretende Umweltwirkungen (einschließlich Gutschriften) bestimmten Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette zugerechnet werden können. Zudem werden Indikatoren zur Bewertung der Kreislaufführung des zu entwickelnden Produktes definiert. Dadurch soll ersichtlich werden, inwiefern und wodurch sich die Zirkularität des Produktes steigern lässt, ob Zirkularität und verminderte Umweltwirkung stets miteinander einhergehen und welche damit in Verbindung stehenden Abhängigkeiten sich innerhalb des Produktsystems ergeben. Die methodischen Fragestellungen hinsichtlich der Ökobilanz ermöglichen die Identifizierung von ökologischen Hot-Spots, also Prozessen, welche innerhalb des Gesamtsystems einen signifikanten Anteil der Umweltwirkungen verursachen. Diese können als Grundlage für die Prozessoptimierung dienen. Die Ergebnisse aus den methodischen Vorüberlegungen hinsichtlich Skalierung, funktionelle Einheit und Allokation entlang der zirkulären Wertschöpfungskette sowie die erhobenen Daten werden in eine detaillierte Ökobilanz des Produktsystems überführt. Das so entstehende Ökobilanz Modell soll mit Hilfe einer graphischen Nutzeroberfläche für verschiedene Nutzergruppen und Stakeholder zugänglich gemacht werden, um beispielsweise niedrigschwellig durchführbare Szenario-Analysen zu ermöglichen.

Ansätze und Nutzen (Projektziele)

Das Vorhaben zielt zunächst auf den Technologietransfer der bereits für thermoplastische Kunststofffolien verfügbaren lösemittelbasierten Recyclingtechnologie auf das Recycling konstruktiver Leichtbaustrukturen in Faserverbundbauweise. Weiterhin sollen Methoden entwickelt werden, mit denen die mit der Kreislaufführung einhergehenden Eigenschaftsänderungen der Werkstoffe erfasst und im Hinblick auf den anforderungsgerechten Wiedereinsatz verlässlich und zugleich effizient bewertet werden können. Das Gabriela-Vorhaben adressiert daher die folgenden Teilziele:

• Entwicklung der mechanischen Vorbehandlung der Abfälle mit Auswahl geeigneter Maschinen und deren Prozess- sowie Werkzeuganpassung, insbesondere der Zerkleinerung über mehrere Zerkleinerungsebenen hinweg und Ausschleusen von Störstoffen wie beispielsweise metallische Inserts oder Nachreinigung über Waschprozesse bis zum einsatzfähigen Granulat für das chemische Recycling
• Vorsortierung komplexer Stoffströme in weitgehend sortenreine Fraktionen für die Weiterverarbeitung (Bsp.: Kunststoffartentrennung über sensorgestützte Sortierprozesse)
• Entwicklung eines angepassten Prozessregimes des physikalischen Löseprozesses für die spezifischen Kunststoffe in den Batteriekästen mit Aufreinigung der Kunststoffe und Rückgewinnung der Faserverstärkung über mehrere Skalierungsebenen
• Thermo-mechanische und morphologische Charakterisierung der verstärkten und unverstärkten Kunststoffe im ursprünglichen sowie im gealterten und im rezyklierten Zustand; Parameteranalyse
• Entwicklung und Skalierung der gesamten Recyclingroute bis zum Prototyp in Einsatzumgebung (TRL6)
• Stärkung der Designphase durch Etablierung der VDI2243 mit einer verbesserten Recycling- und Ökodesignfähigkeit
• Nachweis der Herstellbarkeit von kunststoffbasierten Batteriekästen mit einem hohen Anteil von Sekundärmaterial und Nachweis der Tragfähigkeit
• Bilanzierung und Evaluierung des Ressourcenverbrauchs in der gesamten Prozesskette
• Innovative Ansätze zur Modellierung von zirkulären Wertschöpfungsketten (inklusive Allokationsansätze zur Verteilung von Umweltwirkungen und Gutschriften entlang der Akteure) und Integration dieser in LCA zur Entwicklung genauer Datengrundlagen