Gummiwerkstoffe in Bremsbelägen wiederverwenden
TH Köln erforscht nachhaltige Verfahren.
Bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten wie Reifen, Dichtungen und Bremsbelägen fallen Gummiabfälle an. Diese werden nur zum Teil wiederverwertet; der Rest wird zur Energieerzeugung verbrannt. Ein Team vom Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln entwickelt nun gemeinsam mit einem Industriepartner ein nachhaltigeres Verfahren, das die Materialien für die Wiederverwertung von Bremsbelägen aufbereitet.
Nach Informationen des Wirtschaftsverbandes der deutschen Kautschukindustrie fallen jedes Jahr circa 800.000 Tonnen Gummiabfälle an – gut ein Viertel davon sind Überreste von sogenannten technischen Gummiwaren wie Dichtungen oder Pressplatten. Solche Platten finden beispielsweise in der Fertigung von Bremsbelägen Verwendung. Bei der Herstellung wird ein Gummigranulat zu Bändern und Platten ausgewalzt oder heißgepresst; danach härtet das Material durch Vernetzung bei erhöhter Temperatur aus. Anschließend werden die Platten zugeschnitten und ausgestanzt.
Gummiwerkstoffe sind Elastomere, also formfeste Polymere, die sich bei Zug- und Druckbelastung verformen können und danach wieder in ihren Ursprungszustand zurückkehren. „Im Gegensatz zu verformbaren Polymeren wie Thermoplaste sowie Glas oder Metall können sie aufgrund ihrer chemischen Vernetzung nicht einfach wieder eingeschmolzen und noch einmal verwendet werden. Denn während der Herstellung entstehen mittels der sogenannten Vulkanisation mit Schwefel besonders stabile und flexible Molekülvernetzungen. Das macht das Recycling schwierig“, erklärt Projektleiterin Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger vom Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln. Um eine Wiederverwendung dennoch zu ermöglichen, muss dieser Prozess durch die Devulkanisation rückgängig gemacht werden. Im Laufe des Forschungsprojekts „DeStanz“ möchte die TH Köln gemeinsam mit der Eurobremsband GmbH ein neues Verfahren für die Stoffgruppe der Bremsbelag-Elastomere entwickeln und erproben. „Ziel ist es, die Stanzabfälle vollständig wiederzuverwenden. Dabei können wir auf Erkenntnisse aus früheren Vorhaben im Bereich des Recyclings von Auto- und Fahrradreifen sowie Gummiketten zurückgreifen“, schildert Katrakova-Krüger.
Mehrere Optionen kommen infrage
Bei der Devulkanisation werden die Schwefelbindungen der Elastomere geöffnet – eine Möglichkeit stellt das thermo-mechanische Verfahren dar. Dabei wird das Material zunächst zermahlen, anschließend mittels zweier Rotoren bei höherer Temperatur weiter zerrieben, wodurch die Bindungen durch die mechanische Belastung aufbrechen. Gegebenenfalls könnten Hilfsmittel für eine bessere Devulkanisation eingesetzt werden. „Zum jetzigen Zeitpunkt wissen wir jedoch noch nicht, welches Verfahren sich am besten eignet“, sagt die Projektleiterin. Fest steht hingegen, dass eine neue Prüfmethodik zur Analyse der bearbeiteten Werkstoffe entwickelt wird. Die aufbereiteten Gummireste sollen vulkanisierbar sein und dem Herstellungsprozess ohne Qualitätsverlust der Produkte wieder zugeführt werden können.
„Wir testen das Recycling zwar am Beispiel von Bremsbelägen – die Erkenntnisse aus dem Projekt könnten aber für die Verwertung weiterer Gummiprodukte aus den unterschiedlichsten Branchen nützlich sein, zum Beispiel Dichtungen, Schläuche, Dämpfungselemente, Lager, Gummiketten oder Transportbänder. Etwa die Hälfte aller Gummiabfälle in Deutschland wird bisher verbrannt. Bei den technischen Gummiwaren sind es sogar knapp 90 Prozent. Wir möchten diese Ressourcen dem Produktionskreislauf wieder zuführen. Dies würde Rohstoffe einsparen, die meist aus fossilen Quellen hergestellt werden, und somit auch Treibhausgase im Produktionsprozess reduzieren“, berichtet Katrakova-Krüger.
Das Forschungsprojekt „DeStanz – Entwicklung eines innovativen Prozesses zur Verwertung von Gummi-Abfällen durch Devulkanisation zur Verbesserung der Kreislaufwirtschaft“ wird unter der Leitung von Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger am Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln in Kooperation mit der Eurobremsband GmbH umgesetzt. Die Laufzeit beträgt zwei Jahre. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Vorhaben.
(Erschienen im EU-Recycling Magazin 12/2023, Seite 27, Foto: Eurobremsband GmbH)
