Thermische Verwertung von Carbon – Warum nicht einfach entsorgen?

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK, umgangssprachlich auch Carbon) bringen einige Herausforderungen am Ende ihrer Nutzung mit sich. Für die meisten Verwertungspfade ist die Trennung der Faser von der umschließenden Kunststoffmatrix eine unabdingbare Voraussetzung. So erfordert beispielsweise die Deponierung der Fasern laut der Deponieverordnung solch eine Separierung und stellt damit weder eine ökonomisch noch ökologisch vorteilhafte Option zur Verwertung dar. Demnach ist für das Recycling eines Faserverbundwerkstoffes wichtig, das verfahrenstechnische und ökonomische aufwendige Trennen der einzelnen Komponenten sowohl effektiv als auch effizient auszuführen [1].

Eine weitere Option stellt die thermische Verwertung des Verbundwerkstoffes dar. Bei dieser Option ist eine vorherige Trennung der Einzelkomponenten nicht erforderlich.

Also warum können wir einen Teil des Carbons nicht einfach thermisch verwerten und Energie daraus gewinnen?

In den Anlagen für die Müllverbrennung reichen die Temperatur und die Verweildauer bei der Verbrennung aus, um die Kunststoffanteile des Carbons zu verbrennen. Dagegen bleiben die Fasern aus Kohlenstoff zurück. Die isolierten Fasern sind aufgrund ihrer chemischen Struktur nicht brennbar und können nicht vollständig zersetzt werden. Es besteht das Risiko, dass die Filter der Anlagen zugesetzt werden und die Anlagen durch die elektrisch leitfähigen Faserbruchstücke beschädigt werden. Zudem werden die Fasern in ihrer Größe und Form verändert, wodurch Maßnahmen für den Schutz der Gesundheit zu treffen sind [1]. Zu vergleichbaren Ergebnissen führen auch Anlagen für die Verbrennung von Sonderabfällen [2].

Das Verhalten von carbonfaserverstärkten Kunststoffen bei der thermischen Verwertung hängt stark von den Materialeigenschaften der eingesetzten Kohlenstofffasern ab. Das ist ein Grund dafür, dass das Bauwesen fest entschlossen für die Carbonbetonbauweise ausschließlich sogenannte PAN-Fasern (polyacrylnitrilbasierte Kohlenstofffasern) anstatt PECH-Fasern (PECH-basierte Kohlenstofffasern) einsetzt. Mit dieser Selbstverpflichtung soll gleichzeitig einer Gesundheitsgefährdung bei der Rückführung der Materialien und deren Verwertung für recycelte Ausgangsstoffe vorgebeugt werden [3].

Folglich sollten ausgediente Teile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen keinesfalls unsachgemäß entsorgt werden und in Anlagen für Müllverbrennung enden. Vielmehr ist es notwendig, geeignete Recyclingwege aufzubauen. Die dafür notwendigen Technologien sind technisch erprobt, müssen aber für den wirtschaftlichen Betrieb in eine Wertschöpfungskette integriert werden [4].

Stand 2021-03-03

Quellennachweis
[1] Limburg M. und Quicker P., Entsorgung von Carbonfasern, in: Energie aus Abfall 13, Hrsg. Thomé-Kozmiensky v. K. J. und Beckmann M., 2016, S. 135-144, URL: http://vivis.de/phocadownload/2016_eaa/2016_EaA_135-144_Quicker.pdf.
[2] LAGA, Abschlussbericht zur Entsorgung faserhaltiger Abfälle, 2019, URL: https://www.laga-online.de/documents/bericht-laga-ausschuss-entsorgung-faserhaltige-abfaelle_juli-2019_1574075541.pdf.
[3] C³ – Carbon Concrete Composite e. V., Vernetzungsworkshop »Selbstverpflichtung – eine Notwendigkeit mit Nutzen« im Jahr 2019 und die darauf aufbauenden Arbeitstreffen zur »Selbstverpflichtung zur Verhinderung von Gefährdungen durch biobeständige, lungengängige Faserstäube bei der Carbonbetonbauweise« im Jahr 2019 und 2020.
[4] Reckter B., Gerettet? Recycling von faserverstärkten Kunststoffen – VDI nachrichten, VDI nachrichten – Das Nachrichtenportal für Ingenieure, 2018, URL: https://www.vdi-nachrichten.com/fokus/gerettet-recycling-von-faserverstaerkten-kunststoffen.