Forschung für die Kunststoffwende

In einer zirkulären Kunststoffwirtschaft soll Plastikmüll nicht verbrannt, sondern wiederverwendet werden. Dies schützt nicht nur die Umwelt, sondern spart auch wertvolle Ressourcen. Die Transformation von einer linearen zu einer zirkulären Kunststoffwirtschaft, in der weniger fossile Ressourcen entnommen, Produkte länger genutzt und End-of-Life-Verluste reduziert werden, ist allerdings mit einigen Herausforderungen verbunden.

Kunstoff ist aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Dazu prägt der leichte, günstige und vielseitig verwendbare Werkstoff unseren Alltag zu sehr. In der Medizin werden Kunststoffe in praktisch allen Bereichen eingesetzt. Ob im Automobilbau, in der Elektronik, Kosmetik oder bei heimischen Möbeln, das wandlungsfähige Material kommt in nahezu allen Bereichen unseres Lebens zum Einsatz. Doch über die Hälfte des Plastikmülls in Deutschland wird nicht recycelt, sondern verbrannt. Dadurch werden viele Ressourcen verbraucht und Materialien zerstört, die eigentlich mehrmals verwendet werden könnten.

Wenn die Kunststoffwirtschaft nicht linear, sondern zirkulär organisiert wäre, könnten diese Probleme gelöst werden. Das Material zu recyceln, statt zu verbrennen, klingt einfach. Doch die Umsetzung ist kompliziert: Der Wechsel erfordert weitreichende Veränderungen und Innovationen im technischen und sozialen Bereich. Deshalb untersuchen die Wissenschaftler mehrerer Fraunhofer-Institute, wie eine zirkuläre Kreislaufwirtschaft aussehen könnte. 

Gebündeltes Wissen nutzen

Gemeinsam gründeten sie 2018 das Fraunhofer Cluster of Excellence »Circular Plastics Economy« (CCPE). Neben dem Fraunhofer IML sind die Institute UMSICHT (federführend), IAP, ICT, IVV und LBF beteiligt und bündeln in dem Cluster ihre Kompetenzen. Im Mittelpunkt der Forschung stehen die Fragen: Wie müssen Kunststoffprodukte beschaffen sein, damit sie nach Gebrauch nicht mehr in der Umwelt landen? Und wie können Kunststoffe, die noch in die Umwelt gelangen, schnell und rückstandslos abgebaut werden? Mit der Antwort auf diese Fragen beschäftigen sich drei Divisions des Clusters: Materials, Systems und Business. »Am Fraunhofer IML forschen wir daran, wie eine zirkuläre Kunststoffwirtschaft aus logistischer Sicht aussehen könnte«, erklärt Jan-Philip Kopka, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Umwelt und Ressourcenlogistik.

Kleinteiliger und digitalisiert 

»Unsere Annahme ist, dass die Logistik kleinteiliger wird«, so Kopka. Momentan werden Abfälle meistens in große, zentrale Anlagen gebracht. In einer Kreislaufwirtschaft, in der Produkte bestmöglich recycelt werden sollen, werden die Anlagen zukünftig wahrscheinlich kleiner und dezentral organisiert. Vor allem ländliche Gebiete könnten dann von den kürzeren Transportwegen profitieren. Mit dem Übergang in die Kreislaufwirtschaft wird die Digitalisierung immer wichtiger. Die Wissenschaftler am Fraunhofer IML entwickeln gerade einen sogenannten Digitalen Zwilling für Kunststoffprodukte. Dieser enthält alle Informationen eines Produkts, die die Hersteller auch haben. »Wir wollen diese Daten allen Beteiligten in der Kreislaufwirtschaft bereitstellen«, erklärt Kopka. »Damit kennt nicht nur der Hersteller die Materialien, sondern beispielsweise auch der Recycler. Das führt dazu, dass die Bestandteile des Produkts besser wiederverwendet werden können.«

Mit dem Digitalen Zwilling lassen sich Kunststoffe in Zukunft auch ökonomisch und ökologisch bewerten. Dafür entwickelt das Fraunhofer IML ein Online-Tool, mit dem Unternehmen und Konsumenten die Nachhaltigkeit von Produkten bewerten können. Wenn Unternehmen so feststellen, dass der von ihnen verwendete Kunststoff nicht ideal ist, können die Institute des Clusters sie dabei unterstützen, ein besseres Material zu finden. Dadurch wird die Kreislaufführung der Produkte optimiert.

Tests im Verpackungslabor

Um die neu entwickelten Konzepte und Materialien zusammenzufassen, konstruieren die Institute des Clusters zwei industrienahe Demonstratoren. Ein Kindersitz für das Auto steht beispielhaft dafür, wie langlebige Güter aus Kunststoff repariert und recycelt werden können. Außerdem forschen die Wissenschaftler an einem zirkulären Mehrweg-Transportbehälter für den Onlinehandel. Dieser besteht aus biobasiertem Kunststoff, er kann entweder wiederverwendet werden oder sich in der Umwelt zersetzen. »Beide Produkte haben ein hohes Innovationspotenzial, richten sich an einen konkreten Markt und lassen sich auf weitere Anwendungsfälle übertragen«, sagt Kopka. Im Verpackungslabor am Fraunhofer IML können die Forscher außerdem vor Ort überprüfen, ob das Material auch allen weiteren Anforderungen standhält. 

Für eine erfolgreiche Kreislaufwirtschaft sind außerdem neue Geschäftsmodelle nötig. Die Institute IML und UMSICHT helfen Unternehmen dabei, neue Modelle zu entwickeln, indem sie ihr Wissen zu verschiedenen Verwertungsstrategien bereitstellen und innovative Ideen mit der Markt- und Forschungslandschaft vergleichen. »Wir wollen untersuchen, welche Veränderungen in den Unternehmen erforderlich sind, damit sie eine zirkuläre Kunststoffwirtschaft umsetzen können«, erläutert Kopka.

Das Forschungscluster »Circular Plastics Economy« läuft noch bis 2022 und wird anschließend als virtuelles Institut verstetigt.