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Trennverfahren verbessert Recycling von Autoreifen

Altreifen
Bisher werden Altreifen nur zum Teil recycelt. (Bild: deepblue4you/ iStock)

Autoreifen enthalten Schwarzen Kohlenstoff, einen für viele Industrieprozesse benötigten Rohstoff. Bisher ist ein Recycling aber nur eingeschränkt möglich, weil Mineralbeimischungen den Kohlenstoff verunreinigen. Ein neues Verfahren könnte das ändern, denn mit ihm lassen sich Mineralasche und Schwarzer Kohlenstoff nahezu vollständig trennen. Das ermöglicht eine Wiederverwendung sowohl des Industrierußes als auch des mineralischen Anteils.

Fahrzeugreifen bestehen etwa zur Hälfte aus vulkanisiertem Naturkautschuk oder synthetischem Gummi und enthalten darüber hinaus unter anderem Füllmittel. Ein häufig verwendeter Füllstoff ist Schwarzer Kohlenstoff – ein als Industrie-Grundstoff hergestellter Ruß. Etwa drei Kilogramm von diesem Industrieruß stecken in einem üblichen PKW-Reifen. Das Problem dabei: Für die Herstellung einer Tonne Schwarzen Kohlenstoffs braucht man etwa 1,5 Tonnen fossile Rohstoffe und große Mengen Wasser. Zudem entstehen bis zu drei Tonnen Kohlenstoffdioxid.

Beimischungen stören Recycling

Bislang landet ein Großteil der Altreifen nach Ende ihrer Nutzungsdauer auf Mülldeponien: Etwa vier Milliarden kohlenstoffhaltiger Altreifen haben sich so bereits angesammelt, jährlich kommen etwa 1,8 Milliarden Reifen dazu. Wenn die Reifen recycelt werden, nutzt man vor allem die in ihnen enthaltenen Öle, mit denen wiederum Energie für industrielle Prozesse gewonnen wird oder die als Rohstoff in Raffinerien eingesetzt werden. Der Schwarze Kohlenstoff dagegen bleibt größtenteils ungenutzt. Nach dem Erhitzen und der Pyrolyse der Altreifen enthält er bis zu 20 Prozent mineralische Asche, die aus den bei der Reifenherstellung genutzten Additiven besteht – vor allem aus silikatischen Verbindungen und Zinkkomponenten. Diese Verunreinigungen schränken bisher eine Wiederverwendung des Industrierußes aus Altreifen ein.

Ein Forscherteam des Fraunhofer Instituts für Bauphysik in Valley hat jetzt ein Entmineralisierungsverfahren entwickelt, durch das sich der Industrieruß von der mineralischen Asche trennen lässt. „Wir nutzen dazu einen nasschemischen Prozess“, erklärt Fraunhofer-Forscher Christian Kaiser. „Vereinfacht gesagt: Wir geben das Schwarzer Kohlenstoff-Asche-Gemisch zusammen mit verschiedenen Additiven in einen Reaktor, vermischen es mit Fluid und fahren eine definierte Druck- und Temperaturkurve. Dabei werden die einzelnen Stoffe selektiv aus dem Gemisch herausgelöst.“

Die Schwierigkeit dabei ist es, die Parameter und Additive zu einzustellen, dass sich jeweils nur ein bestimmtes Mineral möglichst sortenrein aus dem Gemisch herauslöst. Zudem müssen Temperatur und Druck dabei so moderat bleiben, dass das Verfahren auch großtechnisch ohne größere Einschränkungen umsetzbar ist. Die Wissenschaftler durften zudem nicht zu viele Additive zugeben, damit der Prozess nicht zu teuer wird. Einen Teil der Additive gewinnen sie daher zurück, um sie wiederverwenden zu können.

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Entmineralisierung macht recycelten Industrieruß weiterverwendbar

Das Ergebnis der Forschungen ist ein Entmineralisierungsprozess, durch den sich der Altreifen-Kohlenstoff zum großen Teil aufreinigen und zurückgewinnen lässt. „Der so behandelte zurück gewonnene Schwarze Kohlenstoff ist nahezu frei von mineralischen Reststoffen, es lässt sich beispielsweise zu 100 Prozent für die Seitenteile von Reifen einsetzen – also ohne Beimischung von primärem Schwarzen Kohlenstoff“, beschreibt Kaisers Kollege Severin Seifert. „Es kann die ursprünglichen Industriematerialien somit vollständig ersetzen.“ Der auf diese Weise recycelte Schwarze Kohlenstoff stellt damit eine erste ernstzunehmende und nachhaltige Lösung für den Ersatz der technischen Industrieruße dar, so das Team.

Neben den Einsatz in Reifen kann der recycelte Schwarze Kohlenstoff mit seinem hohen Reinheitsgrad auch für andere Gummiprodukte sowie als Farbmittel für Kunststoffanwendungen, Silikate, die etwa in der Baustoffindustrie oder für Farben eingesetzt werden können, sowie Zinksalze für unterschiedlichste Anwendungen genutzt werden. Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens ist, dass nach der Entmineralisierung nicht nur hochwertiger Industrieruß entsteht. Auch die Mineralstoffe werden mit großer Reinheit wiedergewonnen und können industriell weiterverwendet werden, so das Forscherteam.

Eine Pilotanlage für diese Entmineralisierung mit einem Reaktorvolumen von 200 Litern existiert bereits. Um den Prozess in den industriellen Maßstab zu überführen, ist eine größere Anlage schon im Bau: Die Produktionshalle ist bereits errichtet, das Reaktorvolumen für einen Produktionsstrang soll jeweils bei 4000 Litern liegen. Ein Produktionsstrang dieser Anlage wird dabei pro Stunde 400 Kilogramm recycelten Schwarzen Kohlenstoff von Asche befreien – das sind 2500 Tonnen pro Jahr. In der finalen Ausbaustufe soll die gesamte Anlage eine Kapazität von knapp 30.000 Tonnen pro Jahr haben.

Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

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