Schwerpunktthema:Stoffströme und nachhaltige Entwicklung

In der Abteilung für Angewandte Systemanalyse (AFAS) des Forschungszentrums Karlsruhe wurde die Studie "Recycling von PVC" in Phasen im Zeitraum von 1992 bis 1994 angefertigt. Auftrag und Finanzierung erfolgten durch das Projekt Schadstoff- und Abfallarme Verfahren. Die grundlegenden und praxisorientierten Untersuchungen wurden beispielhaft für einen wirtschaftlich erfolgreichen, aber umstrittenen Massenkunststoff, der als Vielstoffgemisch unterschiedlicher Zusammensetzung mit brennbaren Anteilen gekennzeichnet ist, durchgeführt.

Die Chlorchemie hat sich nach dem zweiten Weltkrieg zum stärksten Wirtschaftszweig der Chemieindustrie entwickelt. Innerhalb der Chlorchemie hat sich der Massenkunststoff Polyvinylchlorid (PVC) als der Hauptchlorverbraucher zu einem der wichtigsten Standardkunststoffe entwickelt und in alle Lebensbereiche Eingang gefunden. Weltweit werden rund 18 Millionen Tonnen PVC verbraucht, in Europa rund 5 Millionen Tonnen und in der BRD rund 1 Millionen Tonnen. Etwa 30 % der deutschen Chlorproduktion wird zur Herstellung von PVC verwendet.

Die seit vielen Jahren andauernde kritische Diskussion der Chlorchemie richtet sich besonders auch auf die PVC-Produktion und ihre Folgen. Zunächst mußte sich die PVC-Industrie mit den Schäden auseinandersetzen, die durch das krebserregende PVC-Vorprodukt Vinylchlorid (VC) hervorgerufen wurden, dann drehten sich die Diskussionen um die Freisetzung von Dioxinen und Furanen bei Verbrennungsvorgängen, und in den letzten Jahren ist das Recyclingproblem im Zusammenhang mit immer weiter wachsenden Stoffströmen und zunehmenden Abfallproblemen ein wichtiger Ansatzpunkt der Kritik geworden.

Technische Maßnahmen zur drastischen Verringerung der VC-Emissionen in den 70er Jahren, in die Wege geleitete technische Maßnahmen zur Verringerung der Dioxin/Furan-Emissionen bei der Müllverbrennung und Programme mit einigen Pilotprojekten zum PVC-Recycling haben bisher dafür gesorgt, daß die PVC-Produktion weltweit kontinuierlich auf heute rund 18 Millionen Tonnen pro Jahr angestiegen ist und weiter ansteigt.

Im Zusammenhang mit diesen immer weiter wachsenden Stoffströmen und zunehmenden Abfallproblemen ist das Recyclingproblem von PVC ein wichtiger Ansatzpunkt der Kritik geworden. Mit der Studie wurde versucht, u. a. Antworten auf folgende Fragen zu geben:

- Kann durch Recycling von Kunststoffen ein nennenswerter Beitrag zur Umweltentlastung und Ressourcenschonung geleistet werden?

- (Wie) können Rohstoffaufwand und Herstellenergie bei Kunststoffen in einer vergleichsfähigen Ziffer unter Berücksichtigung des Lebensweges zusammengeführt werden?

- Welche Abfallmengen sind bei PVC aus verschiedenen Verbrauchssektoren zu erwarten?

- Wie ist der Stand beim Materialrecycling?

- Welche Kozepte existieren für das Rohstoffrecycling bei PVC?

Wesentliche Aussagen und Ergebnisse der Studie sind:

- Die bisher vorwiegend praktizierte Durchflußwirtschaft muß Schritt für Schritt in Richtung auf eine Kreislaufwirtschaft entwickelt werden. Ihre kennzeichnenden Kriterien sind die Einsparung von Rohstoffen und Energie und die daraus resultierende geringere Umweltbelastung. Dieses Ziel wird u. a. durch das Recycling von Stoffen und Produkten erreicht.

- Mit Recycling bezeichnet man die erneute Verwendung von Produkten oder Teilen von Produkten. Demzufolge unterscheidet man das Produktrecycling (die Produktgestalt bleibt erhalten), das Materialrecycling (in polymererhaltenden Verfahren wird das PVC-Material aus Produktionsabfall oder aus gebrauchten Altprodukten für einen neuen Produktionsprozeß aufgearbeitet) und das Chemische Recycling (in polymeraufspaltenden Verfahren werden die gebrauchten PVC-Altpro-dukte in ihre Grundbestandteile zerlegt).

- Das Produktrecycling z. B. im Sinne von Mehrwegsystemen ist die Recyclingform von erster Priorität, der Stoff- und Energieeinsatz für ein neues Gebrauchsstadium ist vernachlässigbar klein. Die Wieder- und Weiterverwendung von PVC-Produkten kommt jedoch praktisch bisher kaum vor.

- Das Materialrecycling im Produktions- und Verarbeitungsprozeß ist übliche Praxis. Es handelt sich ausschließlich um die Rückführung sortenreiner PVC-Abfälle in den Produktionsprozeß innerhalb einer Produktlinie, weil das PVC als spezifisch zubereitetes Vielstoffgemisch nicht verändert werden darf. Nur so können die neuen Produkte mit Rezyklatanteilen Funktion und Qualität der frischen Produkte erreichen. Die Wiederverwendung sortenreiner Produktionsabfälle ist rohstoff- und energiesparend sowie zum Teil bereits wirtschaftlich. Die hauptsächlich aus Produktionsabfällen bestehenden Recyclingmengen in der BRD liegen in einer Größenordnung von 50 000 Tonnen pro Jahr, das sind rund 6 % der PVC-Neuproduktion für das Inland von 0,9 Mt. Bei Ausschöpfung noch nicht genutzter Reserven dürfte der Recyclinganteil aus Neuware (Produktion und Verarbeitung) im Bereich von 9 % der Inlands-Neuproduktion liegen.

- Von wirtschaftlicher Bedeutung ist aber die Frage, in welchem Umfang die in den Markt gebrachten PVC-Produkte nach ihrem Gebrauch als Altprodukte wieder durch das sortenreine Materialreycling in den Produktionskreislauf zurückgeführt werden können. Bei einigen langlebigen PVC-Produkten konnte mit Demonstrationsanlagen in Testversuchen gezeigt werden, daß auch aufbereitete sortenreine Altprodukte ähnlich wie sortenreine Produktionsabfälle für die gleiche Anwendung mit den gleichen und modifizierten Produktionsanlagen wiederverwertet werden können (PVC-Rohre, PVC-Bodenbeläge, PVC-Fenster). Diese Entwicklungen stehen noch am Anfang und deshalb sind die bisher verarbeiteten Recyclingmengen noch sehr klein. Bisher gesammelte Erfahrungen, Abschätzungen der Recyclingpotentiale und bestehende Recyclingprogramme für geeignete PVC-Produkte deuten darauf hin, daß innerhalb der nächsten 10 Jahre rund 15 % der PVC-Neuproduktion im Inland (später möglicherweise auch einmal ein Drittel) als Rezyklatmaterial in neue Produkte einfließen kann. Der Energieaufwand für den Rezyklatanteil entspricht rund 15 % desjenigen für die Neuproduktion.

- Das Materialrecycling von vermischten PVC-Produkten sowie von vermischten Kunststoffen mit PVC-Anteilen ist unwirtschaftlich und führt zu subventionierten Produkten, für die es nur einen sehr begrenzten Markt gibt.

- Den weitaus größten Teil der PVC-Produktion (ca. zwei Drittel) am Ende der Produktlinien kann man mittelfristig aus heutiger Sicht nur mit polymeraufspaltenden Verfahren behandeln. Derzeit wird vor allem die Verbrennung der nicht werkstofflich rezyklierbaren PVC-Altprodukte diskutiert. Der dabei entstehende Chlorwasserstoff soll nach den Vorstellungen der Chemischen Industrie in den PVC-Produktionskreislauf zurückgeführt werden: HCl-Recycling. Die Chlorproduktion soll entsprechend zurückgefahren werden. Dieser Prozeß kann nur zentral in großen chemischen Fabriken realisiert werden. Er muß noch entwickelt werden, er ist zusammen mit der Logisitik aufwendiger und teurer als der Materialrecyclingweg.

Ressourcenstreckung durch Materialrecycling

Die Zahl der Nutzungen (technische Grenzen) und reale Rücklaufquoten (Logistik) bestimmen hauptsächlich die Grenzen der Ressourcenstreckung. Für Massenkunststoffe ergibt sich bei voller Wiederverwendung und fünf Material-Nutzungen eine Ressourcenstreckung um den Faktor 1,2 (bei niedriger Recyclingquote) und um den Faktor _ 3 (bei hoher Recyclingquote).

Recyclingvorgang für n Nutzungen des Materials

Das Recyclingprodukt besteht in aller Regel aus Frischmaterial und Rezyklat. Das im Recyclingprozeß erzeugte Rezyklat muß bei jedem Umlauf (Nutzung) durch zusätzliches Frischmaterial ergänzt werden, um den nicht mehr verwertbaren Rezyklat-Abgang bei jedem Umlauf zu ersetzen. Bei Fensterprofilen können etwa gleich große Mengen Frischmaterial und Rezyklat verarbeitet werden.

Energieäquivalenzwerte und Energieeinsparung

Für die Berechnung der Energieäquivalenzwerte mit und ohne Materialrecycling, mit und ohne Verbrennung sowie HCl-Recycling, Ressourcenstreckung, Deponiestreckung und CO₂-Minderung wurden die notwendigen Gleichungen abgeleitet. Die Betrachtung von drei Szenarien (Materialrecycling mit 5 Nutzungen, Verbrennung und die Kombination von Recycling und Verbrennung) bei niedrigen und hohen Recyclingquoten zeigt den Weg zu nennenswerten Energieeinsparungen:

Anzustreben sind hohe Recyclingquoten und das kostengünstige Materialrecycling ohne kostenaufwendige Verbrennung. Die mögichen Energieeinsparungen, bezogen auf den Fall der direkten Deponierung, liegen dann über 50 %, sowohl für PVC als auch für PE (Polyethylen) (zum Vergleich).

Die Verbrennung allein führt bei niedrigen Recyclingquoten nur zu sehr geringen Energieeinsparungen, aber zu hohen Kosten. Verbrennung ist nur in Kombination mit Materialrecycling sinnvoll, wenn das Kostenproblem gelöst werden kann.

Mögliche Deponiestreckung

Die Betrachtung der vorgenannten Szenarien zeigt, daß eine nennenswerte Deponiestreckung (_ Faktor 3) nur mit hohen Materialrecyclingquoten erreicht werden kann. Durch Kombination von Materialrecycling und Verbrennung ist bei PVC eine Deponiestreckung bis zu einem Faktor 6 möglich. Bei PE ergibt sich für niedrige und hohe Materialrecyclingquoten in Kombination mit Verbrennung ein Deponiestreckungsfaktor 10.

PVC-Recyclingkreise

Weg 1 = Granulat aus Primärrohstoffen

Weg 2 = Granulat aus sortenreinen PVC-Abfällen

Weg 3 = Granulat aus HCl-Rückgewinnung

PVC-Mengen und Kosten

Die beiden möglichen Recyclingkreise für PVC (Materialrecycling und HCl-Recycling) führen im Knotenpunkt G zu drei unterschiedlichen, spezifischen Granulatkosten.

Mittelfristig (_ 10 Jahre) könnte der Weg des Materialrecycling technisch und ökonomisch ohne Probleme beschritten werden. Rund ein Drittel der Inlandproduktion (_ 300 000 t/a) könnte in Form sortenreiner Altprodukte mit den halben spezifischen Kosten der Frischproduktion in die Neuproduktion eingeschleust werden.

Zwei Drittel der Inlandproduktion (_ 600 000 t/a) können mittelfristig nicht auf dem Materialrecyclingweg, sondern nur auf dem Rohstoffrecyclingweg befördert werden. Bei Lösung der technischen Voraussetzungen kann der deutlich größere Anteil der PVC-Abfälle erst auf diesem Weg abfließen, wenn die Kostenfrage gelöst ist. Eine schrittweise Preisanhebung des auf dem Elektroyseweg gewonnenen PVC-Granulats auf das Niveau des auf dem HCl-Recyclingweg gewonnenen PVC-Granulats wäre notwendig, um den Rohstoffrecyclingkreis (PVC-Verbrennung) zu öffnen.

Kurzgefaßt läßt sich zum PVC-Recycling feststellen:

_ Das Produktrecycling ist vernachlässigbar klein.

_ Das sortenreine Materialrecycling von PVC-Altprodukten ist für bestimmte Produktlinien technisch möglich, rohstoff- / energiesparend und wirtschaftlich. Der mengenmäßige Umfang könnte einmal 15 _ 30 % der Neuproduktion (Inlandverbrauch) ausmachen.

_ Das Materialrecycling vermischter Kunststoffe mit PVC-Anteilen und von Verbundmaterialien mit PVC als eine Komponente ist unwirtschaftlich und mengenmäßig ohne Bedeutung.

_ Für den größten Teil der entstandenen und entstehenden PVC-Altprodukte (mehr als 70 %) ist der Entsorgungsweg bis auf weiteres offen.

Als Handlungsmöglichkeiten sollten u. a. diskutiert werden:

Option A: Der weitaus größte Teil der PVC-Produkte wird in zentralen Groänlagen verbrannt. Das sortenreine Materialrecycling wird branchenweise praktiziert. Die Problemlösung erfolgt durch die Chemische Industrie, z. B. im Rahmen der Arbeitsgemeinschaft PVC und Umwelt (AgPU). Mit dieser Lösung ist nicht zwangsläufig eine Reduktion der Neuproduktion verbunden, Energie und Rohstoffeinsparung sind keine primären Ziele.

Option B: Quoten für das Materialrecycling und stufenweise Preisanhebungen für Energie und Rohstoffe zur Verteuerung der Frischproduktion fördern dezentrale und branchenspezifische Kreislaufkonzepte. Dies ist ein Einsparungskonzept mit staatlichen Vorgaben. Energie- und Rohstoffeinsparung, verbunden mit einer entsprechenden Umweltentlastung, sind Primärziele.

(R. Möller, U. Jeske/AFAS)

Bibliographische Angaben:

R. Möller, U. Jeske, Recycling von PVC - Grundlagen, Stand der Technik und Handlungsmöglichkeiten". Forschungszentrum Karlsruhe. Wissenschaftliche Berichte, FZKA 5503, Januar 1995.

Zu beziehen über:

Forschungszentrum Karlsruhe
HBK-Zentralbibliothek
Postfach 36 40, D-76021 Karlsruhe
Tel.: +49 (0) 721 / 608 - 2581