NONTOX Projekt

Recycling von gefährlichem Kunststoffabfall (WEEE, ELV & CDW)

Das NONTOX-Projekt wendet mehrere Recyclingtechnologien an, um gefährliche Kunststoffabfälle zu recyceln, die aus Elektro- und Elektronik-Altgeräten (WEEE), Altfahrzeugen (ELV) sowie Bau- und Abbruchabfällen (CDW) stammen. Das Ziel ist die Erhöhung der Recyclingraten von Kunststoffabfällen, die gefährliche Stoffe enthalten, durch die Entwicklung von zwei Recyclingtechnologien "CreaSolv® Prozess und Extruclean" zur Herstellung von sicheren und hochwertigen Sekundärkunststoffen und durch die Optimierung der Gesamtwirtschaftlichkeit des Prozesses durch Integration, da die Erhöhung der Recyclingraten für eine Kreislaufwirtschaft gemäß der EU-Kunststoffstrategie¹⁾ von entscheidender Bedeutung ist.

Das NONTOX-Projekt wird von der EU mit 5 Millionen Euro gefördert (H2020 - Grant ID 820895) und läuft unter dem Titel "Removing hazardous substances to increase recycling rates of WEEE, ELV and CDW plastic" vom 1. Juni 2019 bis zum 30. November 2022²⁾. Dem Projektkonsortium gehören 12 Partner aus 7 Ländern in ganz Europa an, darunter das Fraunhofer IVV.

Die Strategie von NONTOX beginnt mit der Dichte-Sortierung, dem grundlegenden Prozess in Recyclinganlagen³⁾, gefolgt vom CreaSolv^® Prozess (physikalisches, Lösungsmittel-basiertes Separieren/Recycling), Extruclean (Reinigung mit CO₂ in einem Extruder mit dem Fokus auf Polyolefine und Styrolkunststoffe), thermochemischer Umwandlung und Aufwertung (Compoundierung) des recycelten Polymers/Kunststoffs.
Die Endprodukte sind veredelte Monomaterialströme aus ABS, HIPS, PC und Pyrolyseöl.

Das typische Ergebnis der Dichtetrennung sind 4 Hauptströme:
   A - Polyolefine (PP, PE)
   B - Styrolkunststoffe (ABS, PS & HIPS) mit niedrigem Bromgehalt
   C - Styrolkunststoffe mit hohem Bromgehalt und Propylencarbonat (PC)
   D - Hart-PVC und andere
Die Ströme A und B mit typischen Br-Gehalten unter 2000 ppm sind nach den derzeit geltenden EU-Vorschriften⁴⁾ nicht gefährlich. Die Ströme C und D mit Br-Gehalten von über 2000 ppm gelten als gefährlich.

Dies ist das Ergebnis der Studie "Recycling Potential for Non-Valorized Plastic Fractions from Electrical and Electronic Waste", die vom Fraunhofer IVV im Jahr 2021⁵⁾ veröffentlicht wurde. Im Rahmen des NONTOX-Projekts wurden 17 verschiedene WEEE-Abfallproben aus fünf europäischen Recyclinganlagen (in den Niederlanden, Schweden, Spanien und Italien) analysiert. Das IVV konnte zeigen, dass der CreaSolv^® Prozess eine hohe Reinigung von halogenierten Kunststoffen ermöglicht und entwickelte ein Recyclingkonzept für WEEE-Kunststoffe, dass die Dichtetrennung mit dem CreaSolv^® Prozess kombiniert.

NONTOX legt den Schwerpunkt auf die folgenden Ausgangsstoffe:

1. Eine Schwerfraktion (Dichte über 1,1 kg/l - Strom C) mit hohen Gehalten an bromierten Flammschutzmitteln (mit einem Br-Gehalt > 2000ppm) wird nach der Entfernung von "sauberen" Kunststoffen durch Dichte-Sortierung dem CreaSolv^® Prozess zugeführt.
2. Strom B mit derzeit verkauften zurückgewonnenen ABS- und PS-Polymeren, der hohe, aber akzeptable Bromgehalte (600-1000 ppm Br) enthält, wird mit Extruclean verarbeitet, um den Bromgehalt zu senken.
3. Strom A (PP, PE) wird durch Extruclean oder der CreaSolv^® Technologie verarbeitet.
4. Das aussortierte Material aus der optischen Sortierung, aus dem CreaSolv^® Prozess und aus Extruclean sowie Staub, Schlamm und Feinanteile aus den derzeitigen Sortierverfahren für Elektro- und Elektronik-Altgeräte werden einer thermochemischen Umwandlung zugeführt, um verbleibende Bromverbindungen zu zerstören und Pyrolyseöl zu erzeugen.

Ein einzigartiges Merkmal der CreaSolv^® Technologie ist die Trennung und Reinigung von PC aus gemischt verunreinigten Strömen. NONTOX erforscht die Aufwertung von PC zu PC/ABS-Mischungen, die in kleinen Haushaltsgeräten eingesetzt werden, um die Kreislauffähigkeit des mit dem CreaSolv^® Prozess gewonnenen Materials zu demonstrieren.

NONTOX-Ergebnisse (nur für den CreaSolv^®-Prozess)

Mai 2022 – Beim NONTOX Dissemination-Webinar "Circular Solutions: Applications of upgraded Plastics Recyclates" wurden 6 Kunststoff-Demonstratoren vorgestellt, die zeigen, wie WEEE-Kunststoffrezyklate aus dem CreaSolv^® Prozess und Extruclean veredelt und in verschiedenen Materialkonzepten eingesetzt wurden, um die nachhaltige Leistungsfähigkeit zu demonstrieren⁸⁾.
Die Beispiele, die durch die CreaSolv^®-Technologie ermöglicht wurden, sind unten aufgeführt.

Alle 6 Beispiele sind hier zu finden -> Link

Demonstrator 1 - PC/ABS-Rasiermaschinenabdeckung: Das r-PC stammt aus bromhaltigem WEEE-Abfall und wurde mit neuem ABS, einem Kompatibilisierungsmittel oder einem Kettenverlängerer gemischt. Das Compound zeigte angemessene thermomechanische Eigenschaften - vergleichbar mit PC/ABS Neuware. Die Zielanwendung sind Elektro- und Elektronikgeräte (auch für die Automobilindustrie geeignet). Alle Daten anzeigen -> Link

Demonstrator 2 - HIPS-Kühlschrankauskleidung: Das r-PS stammt aus WEEE-Abfällen und wurde mit 15 % Styrol-Elastomer compoundiert, um das gewünschte Elastizitätsmodul von neuem HIPS zu erreichen, so dass es mit HIPS Neuware über EVOH in einem mehrschichtigen thermogeformten 3-Schicht-HIPS-Laminat für E&E-Anwendungen kombiniert werden kann. In diesem Fall werden post-consumer Kunststoffabfälle aus Elektro- und Elektronik-Altgeräten in einer Anwendung mit Lebensmittelkontakt verwendet. Alle Daten anzeigen -> Link

Demonstrator 3 - ABS-Filamente für den 3D-Druck: Das aus WEEE-Abfällen gewonnene r-ABS zeigt beim 3D-Drucken einen gleichmäßigen Fluss und eine gute Schichthaftung, ohne dass die Düsen verstopfen oder flüchtige Stoffe entstehen. Zielanwendung ist die Konsumgüterindustrie. Alle Daten anzeigen -> Link

Ökobilanzen

Der NONTOX-Projektpartner UNIVAN (Abteilung für Umwelt-, Biologie- und Pharmawissenschaften und -technologien der Universität Kampanien, Italien) erstellte 2 Ökobilanzanalysen. Die eine befasst sich mit der Entsorgung von Elektro- und Elektronikgeräten (WEEE) und die andere mit Altfahrzeugen (ELV).

WEEE - "Wie kann die ökologische Nachhaltigkeit des WEEE-Kunststoffmanagements verbessert werden?" in 2021⁶⁾.
Mit Hilfe einer Material- und Stoff-Flussanalyse wurde eine Ökobilanz entwickelt, um die Umweltleistung eines innovativen Aufarbeitungssystems für Kunststoffabfälle aus Elektro- und Elektronikaltgeräten zu untersuchen, das von den NONTOX-Projektmitgliedern vorgeschlagen wurde und neuartige Verfahren zur Sortierung, Auflösung/Fällung (CreaSolv^® Prozess), Extrusion (Modix), katalytischen Pyrolyse und Kunststoffaufbereitung (Compoundierung) umfasst.

Es wurden vier Verwertungsszenarien analysiert und verglichen, indem innovative Optionen mit den derzeit in Europa verfügbaren kombiniert wurden (Idealszenarien) und indem die unsachgemäßen Optionen berücksichtigt wurden, die immer noch für in Entwicklungsländer exportierte WEEE Alt-Kunststoffe angewandt werden (Realszenarien). Die vergleichenden Ergebnisse für die Idealszenarien quantifizierten die Vorteile der Umsetzung des vorgeschlagenen innovativen Systems in Europa mit einem starken Anstieg der jährlichen Mengen an Kunststoffen aus Elektro- und Elektronikaltgeräten, die dem Recycling zugeführt werden (von 390 kt/a auf 530 kt/a, d. h. von 53 % auf 72 %), und einem enormen Rückgang der durch Verbrennung zu entsorgenden Rückstände (von über 360 kt/a auf 60 kt/a).

Diese Ergebnisse sind hauptsächlich auf den CreaSolv^® Prozess zurückzuführen, der einen großen Teil der in der Schwerfraktion (ABS, HIPS und PC) enthaltenen Polymere zurückgewinnt, und in geringerem Maße auf die katalytische Pyrolyse, die die verbleibenden Nicht-Zielpolymere in leichtes Pyrolyse-Öl umwandelt.

Die Ergebnisse der Umweltverträglichkeitsprüfung für die idealen Szenarien zeigten, dass das neue System die Umweltverträglichkeit der Verwertung von Elektro- und Elektronik-Altgeräten aus Kunststoffen erheblich verbessern könnte. Die Verbesserungen wurden geschätzt auf
- 580 % bei der globalen Erwärmung
- 60 % bei den krebserregenden Stoffen
- 17 % bei den Auswirkungen auf nicht erneuerbare Energie.

Der CreaSolv^® Prozess spielt dabei eine wesentliche Rolle, da seine Einführung folgende Verbesserungen ermöglicht
- Globale Erwärmung um 246%
- Nicht-krebserregende Stoffe um 69%
- Krebserregende Stoffe um 35%,
...ohne Berücksichtigung der weiteren positiven Beiträge der Polymerveredelung und der katalytischen Pyrolyse.

Andererseits verschwinden die Vorteile des innovativen Bewirtschaftungssystems weitgehend, wenn die Ökobilanz die dramatischen negativen Beiträge im Zusammenhang mit dem Export von Elektro- und Elektronik-Altgeräten aus Kunststoffen außerhalb Europas berücksichtigt. Es kommt zu einer enormen Verschlechterung der Auswirkungen auf die globale Erwärmung und die Karzinogene, die jeweils um das 9- bis 12-fache ansteigen. Dies zeigt deutlich, dass ein neues System für die Verwertung von Elektro- und Elektronik-Altgeräten aus Kunststoffen nur dann wirklich nachhaltig ist, wenn die Ausfuhr von Abfällen und die damit zusammenhängende Annahme von unsachgemäße Behandlungsmethoden stark reduziert werden.

ELV - "Können Kunststoffe aus Altfahrzeugen auf nachhaltige Weise behandelt werden?" im Jahr 2022⁷⁾.
In der Studie wurde die Umweltverträglichkeit neuartiger Verfahren wie Sortierung, Auflösung/Fällung (CreaSolv® Prozess), Extrusion (Extruclean und Modix), katalytische Pyrolyse und Kunststoffaufarbeitung (Compoundierung) analysiert und quantifiziert, die zur Festlegung eines neuen Systems für die Verwertung von Altkunststoffen kombiniert werden könnten.

Die neuen Optionen und das sich daraus ergebende neue System wurden mit den Optionen und dem Gesamtsystem der derzeitigen Verwertung von Altkunststoffen in Europa verglichen, indem eine Ökobilanz mit Hilfe von Material- und Stoff-Flussanalysen durchgeführt wurde. Die Studie bezieht sich auf die jährliche Menge und die durchschnittliche Zusammensetzung der in Europa gesammelten Altkunststoffe und nutzt hochwertige Daten für die innovativen Prozesse, die im Rahmen des NONTOX-Projekts erhoben wurden.

Der Vergleich von 2 Szenarien ermöglicht es, die Vorteile des vorgeschlagenen Verwertungssystems zu quantifizieren. Die Einführung des Systems in Europa könnte zu einer erheblichen Steigerung der jährlichen Menge an Altkunststoffen führen, die dem Recycling zugeführt werden (von 26 kt/a auf 509 kt/a, d. h. von 3 % auf 50 %), und zu einer entsprechenden Verringerung der Menge an Rückständen, die verbrannt oder deponiert werden (von 984 kt/a auf 232 kt/a).
Diese vielversprechenden Ergebnisse sind vor allem auf den Einsatz des CreaSolv^® Prozesses (Auflösung/Fällung) zurückzuführen, dessen Einführung die Rückgewinnung eines großen Teils der leichten Polymere (PE und PP) ermöglicht.

Die Bewertung der Auswirkungen auf den Lebenszyklus zeigt, dass das vorgeschlagene neue Recyclingsystem die Umweltverträglichkeit der Verwertung von Altkunststoffen deutlich verbessern könnte, vor allem in Bezug auf
   - Krebserregende Stoffe um 138%
   - Nicht krebserregende Stoffe um 100
   - Globale Erwärmung um 42%
   - Nicht erneuerbare Energie um 114 %.

Dies bedeutet, dass Kunststoffe aus Altfahrzeugen durch den Einsatz der analysierten neuartigen Optionen, die in einem effizienten Vertungsmanagementplan angemessen kombiniert werden, nachhaltig bewirtschaftet werden können.
Es ist auch bemerkenswert, dass ein Verbot der Deponieoption, die auf das derzeitige Verwertungsszenario angewandt wird, eine schnelle und erhebliche Verbesserung in allen Auswirkungskategorien bedeuten könnte. Dies könnte ein erster, wenn auch nicht endgültiger Schritt sein, der in Europa unternommen werden sollte.

Die Sensitivitätsanalyse zeigt, dass die Ergebnisse durch Schwankungen im Energieverbrauch des CreaSolv^® Prozesses und durch die Ausbeute der durch katalytische Pyrolyse gewonnenen Öle beeinflusst werden könnten. Eine wichtige Rolle spielt auch der tatsächliche Substituierbarkeitsfaktor, der aus dem CreaSolv^® Prozess gewonnenen rezyklierten Kunststoffe, d. h. ihre Fähigkeit, die erforderlichen Eigenschaften neuer Polymere zu erreichen.

NONTOX Policy Brief

Oktober 2021 - Mit einem gemeinsamen Fokus auf Recycling und Ökodesign haben sich 5 von der Europäischen Kommission finanzierte Projekte "NONTOX, Circular Flooring, CREAToR, PLAST2bCLEANED und REACT" zusammengeschlossen, um das Bewusstsein für die Vorteile der Umsetzung der Grundsätze der Kreislaufwirtschaft zu schärfen, und den NONTOX Policy Brief mit 6 Empfehlungen entwickelt. 

Durch ihre Forschung treibt diese Projektgruppe Öko-Innovation voran, um Recyclingeffizienz zu ermöglichen und den Kreislauf der Wiederverwendung von Kunststoffen in Europa zu schließen....und kämpft (wie viele andere) mit der ständigen Verwechslung von physikalischen und chemischen Prozessen, die in Empfehlung Nummer 2 adressiert wird: Recommendation number 2: Qualify Solvent-based Purification / Dissolution Recycling as “Physical Recycling” in the Taxonomy Climate Delegate Act und nicht als chemisches Recycling, wie es derzeit fälschlicherweise klassifiziert wird. 

Circular Flooring arbeitet auch mit dem CreaSolv^® Prozess. -> Link

NONTOX Dissemination Event

November 2022 - Während der Abschlußveranstaltung präsentierten die NONTOX-Partner die während der gesamten Projektlaufzeit geleistete Arbeit und stellten die erzielten Ergebnisse und Innovationen vor. Das Wort wurde auch an andere auslaufende Projekte wie CREATOR und PLAST2bCLEANED erteilt.

• CreaSolv^® Prozess – Link zur Präsentation
• Life Cycle Assessment Study – Link zur Präsentation
• Sehen Sie sich alle Präsentationen als YouTube Videoplaylist an
• Laden Sie all Präsentationen herunter
• Alle wissenschaftlichen NONTOX-Veröffentlichen findet man hier - Link

NONTOX project – Homepage – Link

• NONTOX project Video (deutsche Untertitel) – 21.10.2020 – Link 
• NONTOX Policy Brief - Oktober 2021 - Link
• NONTOX "Dissemination Workshop - Application of upgraded Plastics Recyclates" on 25 May 2022 - Link
• NONTOX "Dissemination Meeting" - 10. November 2022 - YouTube Videoplaylist und Präsentationen

Literature

1. European strategy for plastics – Link 
2. Horizon 2020 ID 820895 – “Removing hazardous substances to increase recycling rates of WEEE, ELV and CDW plastics” – Link
3. NONTOX “The role of plastic recyclates upgrade into safe products in the challenge of supporting circularity and the application of larger volumes of recyclates” - Link
4. European Electronics Recyclers Association, «Responsible recycling of WEEE plastics containing Brominated Flame Retardants- BFR’s» 2018 – Link  
5. L.Strobl, T. Diefenhardt, M. Schlummer, T. Leege, S. Wagner “Recycling Potential for Non-valorized Plastics Fractions from Electrical and Electronic Waste” Recycling 2021, 6, 33. – Link  
6. Waste Management 135 (2021) 347-359 “How to enhance the environmental sustainability of WEEE plastics management: An LCA study” F. Ardolino, G.F. Cardamone, u. Arene – Link
7. Sustainable Production and Consumption, Volume 29, January 2022, Pages 115-127 – “Can Plastics from End-of-Life Vehicles be managed in a sustainable way?” G.F. Cardamone, F. Ardolino, U. Arena – Link
8. NONTOX “Dissemination Workshop – Applications of upgraded plastics recyclates” on 25.05.2022 – Link