Kunststoffe im Kreislauf

Das Buch ist im Handel erhältlich

Mit dem vorliegenden Buch verfolgen die Autoren die Ziele, den in der Kunststoffkreislaufwirtschaft Engagierten oder an ihr Interessierten einen Überblick über das in schneller Entwicklung befindliche Gebiet zu verschaffen, die wesentlichen Herausforderungen für die Kunststoffwirtschaft zu behandeln, die Struktur einer Kreislaufwirtschaft im Gegensatz zur im Abfall endenden linearen Wirtschaftsform zu entwickeln, Zahlen, Daten und Fakten für die Arbeit zur Verfügung zu stellen und Klarheit in der Terminologie zu schaffen.

ISBN: 978-3-658-37813-4
Verlag: Springer Vieweg

Vorwort

Die Vision der zirkulären Wertschöpfung ist nur umsetzbar, wenn Kunststoffkreisläufe systematisch und konsequent geschlossen werden. Das erfordert eine tiefgreifende industrielle Transformation zur zirkulären Kunststoffwirtschaft.

– Diplom-Wirtschaftsingenieur Ralph Appel

Die Lebenszyklus-Perspektive auf Kunststoffe ermöglicht eine «Win-Win»-Situation: zirkuläre ersetzen fossile Rohstoffe, die nicht mehr in der Umwelt landen. Konsequent müssen wir in zirkuläre statt in fossile Rohstoffe investieren.

– Prof. Dr.-Ing. André Bardow

Eine treibhausgasneutrale und ressourceneffiziente Gesellschaft basiert auf zwei essenziellen Säulen: regenerativen Energieträgern und recycelten Rohstoffen – die Energiewende braucht die Rohstoffwende.

– Prof. Dr.-Ing. Martin Faulstich

Die Autoren führen den Leser in die komplexe Welt der Kunststoffwirtschaft ein, denken deren Zirkularität konsequent zu Ende und zeigen auf, wie eine ganzheitliche und integrative Kreislaufstrategie aussehen kann.

– Prof. Dr. Martin R. Stuchtey

Zielgruppen

woman on focus photography

Entscheider und Fachleute in Kunststoffwirtschaft und -wertschöpfungsketten

standing man in white dress shirt

Fachreferenten aus Politik, Behörden und NGO

smiling woman standing while holding orange folder

Studierende und Dozenten in Makromolekularer Chemie, Kunststofftechnik, Wirtschaftschemie und -ingenieurwesen, Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik

Die Autoren

Dr. Peter Orth

Dr. Peter Orth ist Chemiker; er führt mit OPC – Orth Plastics Consulting eine Gruppe von Senior Consultants mit jahrzehntelanger Berufserfahrung in leitender Stellung in der deutschen und europäischen Kunststoffindustrie und ihren Verbänden. Die Tätigkeitsschwerpunkte liegen in den Feldern Innovation und Nachhaltigkeit in Zusammenarbeit mit Wissenschaft, Industrie und Politik. Aktuell arbeitet er auf den Themenfeldern Rohstoff CO2, Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft.

Dr. Jürgen Bruder

Dr. Jürgen Bruder ist Chemiker mit ökonomischer Habilitation auf dem Gebiet der Systemanalyse. Nach Stationen im Hochschulbereich und der chemischen Industrie war er viele Jahre als Geschäftsführer Umwelt/Technik und als Hauptgeschäftsführer der IK Industrievereinigung Kunststoffverpackungen tätig und nahm vielfältige Funktionen in nationalen, europäischen und globalen Gremien der Kunststoff- und der Verpackungsindustrie, u.a. in der Global Plastic Alliance, wahr. Als Senior Consultant liegt sein Fokus heute auf der Transformation der Kunststoffindustrie zu einer Kreislaufwirtschaft mit Schwerpunkt Kunststoffverpackungen und Kunststoffanwendungen in der Landwirtschaft.

Manfred Rink

Dipl.-Ing. Manfred Rink ist Maschinenbauer; sein beruflicher Weg führte ihn von einem Automobilzulieferer zu einem der großen Kunststofferzeuger. Dort war er in verschiedenen leitenden Positionen tätig. Zuletzt befasste er sich mit Zukunftstrends in der Kunststoffindustrie und deren Chancen und Risiken für das Unternehmen. Heute ist er als Senior Consultant in den Bereichen Nachhaltigkeit/Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffindustrie tätig.

Inhaltsverzeichnis

Inhalt

Kapitel 1

Einleitung

Im einleitenden Kapitel werden die drei wesentlichen Handlungsfelder benannt und erläutert:

  • Kunststoffabfallreduktion und -management
  • Defossilisierung und Kreislaufwirtschaft
  • Emissionsreduktion und -vermeidung

Die wesentlichen Strategiebestandteile einer Kunststoffkreislaufwirtschaft werden vorgestellt und diskutiert.

  • Erhöhung der Lebensdauer von Produkten
  • Kreislaufeignung aller Produkte qua Produkt-Design
  • Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz auf allen Stufen
  • Einsatz erneuerbarer Energien
  • Kreislaufschließung durch Einsatz zirkulärer Rohstoffe

Schließlich wird eine Reihe grundlegender Termini in ihrem Sprachgebrauch und ihrer Bedeutung vorgestellt und diskutiert.

  • Decarbonisierung und Defossilisierung
  • Zirkuläre Rohstoffe
  • Design in den unterschiedlichen Zusammenhängen
  • Recycling und Rezyklate
  • Mechanisches oder werkstoffliches und chemisches oder rohstoffliches Recycling


Kapitel 2

Kunststoff – ein nachhaltiger Rohstoff

Seit im Jahr 1950 die erste Million Tonnen Kunststoff weltweit produziert wurde und im Markt Anwendung fand, setzt sich, basierend auf der schier unendlichen Variabilität („Werkstoff nach Maß“) und der hohen Funktionalität die Erfolgsgeschichte dieser kohlenstoffbasierten Werkstoffklasse ungebremst bis heute fort.

Kunststoffe haben sich in ihren Anwendungsmöglichkeiten aus sozialen, ökonomischen und ökologischen Gründen als unverzichtbar und unersetzlich erwiesen, als nachhaltiger Werkstoff mithin.

Ein Verständnis der grundlegenden physikalischen Werkstoff- und Gebrauchseigenschaften in den wichtigsten Anwendungsbereichen und der Lebenszyklen des Materials in den unterschiedlichen Anwendungen ist nötig, um der oftmals polemisch geführten Diskussion über die Vor- und Nachteile dieser bedeutenden Werkstoffklasse eine sachliche und damit im Sinne der Kreislaufwirtschaft zielführende Richtung zu geben.

Ergänzt wird das Kapitel um Aspekte der Wirtschaftlichkeit, der Natur der Kunststoffe und eine kurze Darstellung der heute produzierten und im Markt verfügbaren Kunststoffsorten.

Kapitel 3

Rohstoffbasis

Polymere werden derzeit noch zu ca. 90% aus den fossilen Rohstoffen Öl und Gas hergestellt. Um Ressourcen zu schonen, Abfälle für die Verwertung attraktiver zu machen und in Produktion und Nutzung CO2-Emissionen zu vermeiden, müssen die fossilen Rohstoffe für die Kunststofferzeugung sukzessive in den nächsten zwei Jahrzehnten durch zirkuläre Rohstoffe ersetzt werden. Diese auch als Rohstoffwende bezeichnetet Entwicklung ist einer der Kerngebestandteile einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft.

Für die Herstellung zirkulärer Rohstoffe stehen im Wesentlichen drei verschiedene Quellen zur Verfügung:

  • Rezyklate, hergestellt mit den unterschiedlichen Verfahren des werkstofflichen und des chemischen Recyclings;
  • Kohlenstoffdioxid (CO2), das bislang als gasförmiger Abfall aus verschiedenen Produktionsprozessen der Grundstoffindustrie und aus Abfallverbrennungsprozessen in die Atmosphäre entlassen wird;
  • nachwachsende Rohstoffe aus unterschiedlichen Formen und Quellen der Biomasse, die ja unter Verbrauch von CO2 entsteht.

Die einzelnen Quellen, einschließlich der fossilen, werden hinsichtlich ihrer Konzeption in Grundzügen erläutert und der Stand der Forschung und Umsetzung zu ihrer Nutzung dargestellt.

In einem Szenario wird die weitere Emissionsentwicklung auf Basis der Wachstumsprognose für die Kunststoffproduktion und die mögliche Reduzierung der Emissionen bei Nutzung zirkulärer Rohstoffe im Kontext der deutschen und europäischen Klimaziele aufgezeigt.


Kapitel 4

Die Kunststoffwirtschaft

Die Kunststoffwirtschaft ist ein bedeutender Teil der deutschen und der globalen Wirtschaft. Sie umfasst, neben der Kunststoffindustrie mit den drei Bereichen Kunststofferzeugung, Kunststoffverarbeitung und Kunststoffmaschinen- und Anlagenbau, weitere Bereiche wie Verwerter und Recycler, Dienstleister, die Wissenschaft, Verbände, Messen u.v.m.

Alle teilnehmenden Organisationen arbeiten in komplexen meist internationalen Netzwerken eng abgestimmt miteinander, oft im Rahmen in Jahrzehnten aufgebauter und bewährter Kunden-Lieferanten Beziehung.

Die notwendige Umstellung der heutigen von linearen Lieferketten dominierten Produktion auf die Kreislaufwirtschaft greift mit ihren Anforderungen tief in diese Strukturen und Arbeitsabläufe ein. Der Ausstieg aus den fossilen Rohstoffen – Abfall wird zu Rohstoff – verändert nicht nur die Welt in der Kunststofferzeugung, sondern auch die aller anderen Bereiche der Kunststoffwirtschaft.

Um die Auswirkungen dieser Umstellung auf die etablierten Abläufe und Unternehmen einschätzen zu können, ist ein Verständnis heute existierender Strukturen notwendig.
 
In diesem Kapitel werden die Teilbereiche im Einzelnen vorgestellt. Dabei wird auf die wesentlichen Merkmale eines jeden Teilbereichs strukturiert eingegangen, die wichtigen Akteure werden genannt und deren Rollen beschrieben. Regionale Aspekte und Kennzahlen ergänzen das Bild. Weiterführende Literatur unterstützt bei der Vertiefung.

Kapitel 5

Stoffströme

In diesem Kapitel werden die Wege, die die von der Kunststoffwirtschaft bereitgestellten und begleiteten Kunststoffe während ihrer Lebenszyklen nehmen, beschrieben. Die Fachwelt spricht hier von Stoffströmen.
Zunächst wird die qualitative Seite dargestellt, also die typischen Anwendungen der Kunststoffe. Der Fokus liegt dabei auf den sechs größten globalen Kunststoffmärkten und den dort eingesetzten, volumenmäßig bedeutenden Polymersorten.

Um die Dimensionen der Stoffströme zu verdeutlichen, wird die quantitative Seite, also die produzierten und verarbeiteten Mengen, die entstehenden Abfälle und deren Verbleib, differenziert nach den Regionen Deutschland und EU, den globalen Zahlen gegenübergestellt. Die überwiegende Menge der Angaben bezieht sich dabei auf das Jahr 2019, also die Vor-Brexit-Zeit, daher benutzen wir noch den Terminus EU28, also einschließlich Großbritanniens.

Detailliert wird dann auf die regionale Verteilung der verarbeiteten Kunststoffe, die wichtigsten Märkte und auf die Anwendungen in Europa eingegangen. Ausführliche Informationen zu Herkunft und Verwendung von Rezyklaten in Deutschland und Ausführungen zu den Exporten von Kunststoffabfällen werden gegeben. Die mögliche Entwicklung der Bedarfs- und der erforderlichen Produktionsmengen wird in verschiedenen Szenarien dargestellt und diskutiert. Hinweise zu den wichtigsten Quellen für Marktdaten über Kunststoffe und die Kunststoffindustrie, ergänzt um Literaturangaben, schließen das Kapitel ab.


Kapitel 6

Produktverantwortung und ECO-Design – typische Beispiele

In diesem Kapitel werden ausgewählte Beispiele der Wahrnehmung der Produktverantwortung in der Kunststoffwirtschaft kurz aufgezeigt. Ziel ist es:

  • Positive Beispiele aus bestimmten Marktsegmenten/ Produktgruppen als Anregung zu verstehen, Lösungen auch in anderen Bereichen anzustreben;
  • Die Rolle von freiwilligen Initiativen und Verpflichtungen wie auch von gesetzlichen Regelungen bei der Umsetzung von Produktverantwortung herauszustellen;
  • Die Träger der jeweiligen Produktverantwortung zu identifizieren.

Dabei werden vorab die bislang zu einseitige Ausrichtung der Produktverantwortung auf den Abfallbereich und die Anwendung von Design-Begriffen im Rahmen der Wahrnehmung von Produktverantwortung in der Kunststoffwirtschaft thematisiert.

Abschließend werden die Möglichkeiten und Grenzen einer gesetzlich verordneten Produktverantwortung für weitere Produkte/Produktgruppen erörtert. Beispielhaft werden Anwendungen aus der Industrieverpackung (Gebrauchsphase) sowie der Verpackungsindustrie, der Landwirtschaft, der Bauindustrie, der Automobilindustrie und der Möbelindustrie (End of life-Phase) vorgestellt und diskutiert.

Martin Beeh

Studien Industriedesign (FH Darmstadt, ENSCI-Les Ateliers Paris) und Betriebswirtschaft. Design Manager bei Décathlon, Senior Industrial Designer und Design Manager im Electrolux Industrial Design Team. General Manager von Material ConneXion Cologne. 2009 Gründung von beeh_innovation in Köln. 2012 bis 2015 Professor für Design Management an der Hochschule OWL. 2021 Gründung des CIDI – Cologne Institute for Design and Innovation. Red Dot Product Design Award Juror und Mitglied des VDID.

Kapitel 7

Kreislauforientiertes Industriedesign mit Kunststoffen

Die „Kreislaufwirtschaft“ ist vom Randthema „für die ferne Zukunft“ zum Kernbegriff des Paradigmenwechsels bei Designern und Entwicklern geworden. Traditionelle Produktentwicklungsprozesse, etablierte Materialanwendungen und Produktionsformen sowie lineare Geschäftsmodelle kommen an ihre Grenzen, wenn es um Kreislaufwirtschaft und kreislauforientiertes Design geht. Große und kleine Unternehmen haben erkannt: es braucht „kreislauffähige“ Geschäftsmodelle.

Zudem fordert die „Partizipationsgesellschaft“ heute von Unternehmen, Marken und Handel, verantwortungsvoll neue Produkte, Produktkreisläufe und Service-Produktsysteme in kollaborativen Wertschöpfungsketten zu entwickeln. Welche Auswirkungen dies hat und welches Neu-Denken und Neu-Handeln für Industriedesigner im Design-Prozess notwendig werden, wird erläutert.

Pioniere des Design for Circularity werden vorgestellt und deren Arbeit bewertet. Ausgehend von den Prinzipien des Designers Dieter Rams wird ein aktuelles Anforderungsprofil an ein Design for Circularity für die Arbeit von Industriedesignern, Produktmanagern und Konstrukteuren entworfen.

Die Richtlinien „Entwicklung technischer Produkte und Systeme“ VDI 2221 und „Industriedesign – Nutzerzentrierte Gestaltung im Produktentwicklungsprozess“ 2424 des VDI und VDID werden hinsichtlich des Design for Circularity kommentiert. Der Ausblick skizziert, wie Design for Circularity zielgerichtet, konkret und erfolgversprechend in Unternehmen und Designbüros umgesetzt werden kann.

Naemi Denz

Naemi Denz  ist Geschäftsführerin der Sutco Recyclingtechnik GmbH in Bergisch Gladbach, eines weltweit tätigen Anlagenbauers für die Aufbereitung und Sortierung von Sekundärressourcen.
Die studierte Ingenieurin für technischen Umweltschutz und Umweltassessorin hat mehr als 20 Jahre Erfahrung im Bereich Circular Economy, Nachhaltigkeit und Digitalisierung.
Im Rahmen ihrer früheren Tätigkeiten u.a. als Mitglied der Hauptgeschäftsführung des VDMA e.V. und als Mitglied der erweiterten Geschäftsleitung der Steinert GmbH erwarb sie sich umfangreiche Expertise bei der internationalen Ausrichtung des Maschinen- und Anlagenbaus.
Sie ist Vorsitzende des Beirates des VDI Zentrums Ressourceneffizienz.

Kapitel 8

Sortierung und Aufbereitung von Kunststoffabfällen

Auf dem Weg zu einer Kunststoffkreislaufwirtschaft spielt die Sortierung und Aufbereitung von Kunststoffabfällen für die anschließende Rezyklatherstellung eine entscheidende Rolle. Abhängig davon, aus welchen Abfallströmen Sekundärrohstoffe zurückgewonnen werden sollen, unterscheidet sich der Stand der Technik bei der Sortierung und Aufbereitung der Abfälle in den verschiedenen Stadien ihrer Behandlung erheblich.

Die vom Verbraucher gesammelten Verpackungsabfälle, der über den Fachhandel gesammelte Elektroschrott oder die in die etablierte Schrottwirtschaft gelangenden Altfahrzeuge sind typische Abfallströme, die in hohem Maße Kunststoffe enthalten und die für die Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen in ganz unterschiedlicher Weise betrachtet und behandelt werden müssen.

Die technische Weiterentwicklung der verschiedenen Prozesse einerseits wird zukünftig durch die Entwicklung bis dato fehlender Qualitätsstandards, gesetzlicher Vorgaben für den Rezyklatgehalt und ganz wesentlich durch die fortschreitende Automatisierung der Prozesse und Digitalisierung des gesamten Systems andererseits ergänzt werden.

Kapitel 9

Verwertung von Kunststoffabfällen

In diesem Kapitel werden Verfahren und Prozesse der Kunststoffverwertung mit ihren Stärken und Schwächen vorgestellt und erläutert. Dies sind einerseits die aktuell im Einsatz befindlichen Verfahren des werkstofflichen oder mechanischen Recyclings und die energetische Verwertung, andererseits die derzeit in Entwicklung befindlichen Verfahren des chemischen oder rohstofflichen Recyclings, die sich in den nächsten Jahren etablieren werden.

Um den Umfang verwerteter Kunststoffabfallmengen kurz-, mittel- und langfristig zu steigern

  • werden alle zum werkstofflichen Recycling gehörenden Prozesse weiterentwickelt und forciert werden müssen,
  • werden alle Möglichkeiten des chemischen Recyclings weiterentwickelt und technisch realisiert werden müssen – hierfür benötigen wird Technologieoffenheit,
  • wird die energetische Verwertung auf das für die Beseitigung nicht verwertbarer Anteile unabdingbare Minimum reduziert werden müssen.

Massenbilanzierungen, die die Rückverfolgbarkeit (Chain of Custody) der eingesetzten zirkulären Rohstoffe ermöglichen, sind die Methode Marktteilnehmer wie Regulatoren zuverlässig zu informieren und notwendiges Vertrauen aufzubauen.
Die Maximierung verwerteter und wiedereinsetzbarer Kunststoffabfälle ist Voraussetzung für das Gelingen der Rohstoffwende und für die erfolgreiche Etablierung der Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe.


Kapitel 10

Nicht-verwertete Kunststoffabfälle

Der weitaus überwiegende Anteil der weltweit anfallenden Kunststoffabfälle wird gegenwärtig (noch) nicht verwertet, sie werden entweder deponiert oder gelangen unkontrolliert in die Umwelt.

Das Kapitel befasst sich mit dieser mengenmäßig gewaltigen Ressource, die einer Kunststoff-Kreislaufwirtschaft schrittweise zugänglich gemacht werden muss.

Der Entsorgungspfad der geordneten Deponierung wird von den Formen des unkontrollierten Entlassens der Abfälle in die Umwelt („wilde“ Deponien, Verbrennen ohne Energiegewinnung, Littering, insbesondere Marine Littering) unterschieden.

Besondere Aufmerksamkeit wird dem Marine-Litter-Problem gewidmet. Ausgehend von der umfangreichen Literatur hierzu werden Ursachen sowie ökologische und andere Folgen dieses globalen Umweltproblems, der aktuelle Stand zu Quellen, Eintragspfaden und Mengen zusammenfassend aufgezeigt, ebenso bisherige und geplante Maßnahmen gegen den Kunststoffeintrag in die Umwelt.

Die Notwendigkeit der Unterscheidung zwischen Makro- und Mikroplastik und der vertieften Forschung zu möglichen Wirkungen von Mikroplastik wird herausgestellt. Abschließend wird ein kurzer Überblick zum Stand der Untersuchungen zum Littering in Deutschland gegeben, wobei zwischen dem Umwelteintrag von Kunststoff als Werkstoff und dem von Polymeren insgesamt unterschieden wird.

Raoul Meys

Raoul Meys  arbeitet an der Reduzierung der Klimaauswirkungen der Chemie- und Kunststoffproduktion. Als Geschäftsführer bei Carbon Minds leitet er funktionsübergreifende Teams, gibt wertvolle Einblicke in die Bedürfnisse der Industrie und treibt kontinuierliche Verbesserungen in Richtung Nachhaltigkeit voran. Die durchgeführten Arbeiten basieren auf einer akademischen Karriere mit Publikationen in den Fachzeitschriften Science und PNAS.

Ronja Hermanns

Ronja Hermanns  ist die leitende Chemieingenieurin bei Carbon Minds. Sie ist verantwortlich für die Modellierung von chemischen Prozessen und Dekarbonisierungsstrategien. Ihr Schwerpunkt liegt dabei auf der Analyse von Ökobilanz-Ergebnissen der chemischen Industrie. Ihre Masterarbeit bei Carbon Minds über groß angelegte Umweltoptimierungsmodelle der chemischen Industrie hat ihre Motivation geweckt die chemische Industrie nachhaltig mitzugestalten.

Kapitel 11

Ökobilanzen von Kunststoffkreisläufen

Kunststoffe basieren hauptsächlich auf fossilen Ressourcen, wodurch während der aktuellen Produktion, Verarbeitung und Abfallverbrennung hohe Treibhausgasemissionen verursacht werden.

Um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, wird verstärkt eine Kreislaufwirtschaft gefordert. Um die Auswirkungen der Kreislaufwirtschaft zu bewerten, werden in der Literatur Ökobilanzen für verschiedene Recycling- und Verbrennungstechnologien durchgeführt.

Die Ergebnisse der Ökobilanzen der Technologien zeigen, dass die Abfallhierarchie zur Entsorgung von Kunststoffen auch zur Reduktion der Treibhausgasemissionen generell Bestand hat.

Sortierte Kunststofffraktionen sollten primär werkstofflich rezykliert werden, während nicht werkstofflich verwertbare Stoffe durch chemisches Recycling in den Kreislauf zurückgeführt werden.

Können Kunststoffabfälle weder werkstofflich noch chemisch rezykliert werden, ist die Müllverbrennung mit Energierückgewinnung die im Vergleich zu den weiteren verbleibenden Alternativen die beste Option. Allerdings zeigen sich auch Ausnahmen.

Bei der Co-Verbrennung im Zementwerk kann Kohle oder Schweröl durch Kunststoffabfälle ersetzt werden wodurch Treibhausgasemissionen auch im Vergleich zum Recycling reduziert werden können. Während die Kreislaufwirtschaft zu starken Reduktionen führen kann, müssen für treibhausneutrale Kunststoffe zusätzlich die Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (CCU) sowie Biomasse als Rohstoffe verwendet werden.

Andreas Bastian

Andreas Bastian begann seine Tätigkeit in der Kreislaufwirtschaft 2008 bei der RIGK GmbH, die Verwertungssysteme für industrielle Kunststoffverpackungen entwickelt und betreibt; seitdem ist er der Branche treu geblieben. Nach dem Bachelor-Abschluss an der Uni Köln begann er als Business Development Manager bei RIGK mit den Schwerpunkten Stoffstrommanagement und Marktentwicklung. Während des Masterstudiums an der RWTH Aachen mit dem Schwerpunkt Technologie und Innovation entwickelte er ein ganzheitliches Konzept zur Förderung des Rezyklateinsatzes. 

Mit RIGK als Gesellschafter gründete er 2018 die plastship GmbH, mit der er einen Managed Marketplace für das Rezyklatgeschäft und darüber hinaus für die Kreislaufwirtschaft aufbaut.

Dr.-Ing. Nico Pastewski

Dr.-Ing. Nico Pastewski ist Bereichsleiter bei der VDI Technologiezentrum GmbH. Er begann seinen Werdegang nach dem Ingenieurstudium 2006 beim Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) in Stuttgart und bekleidete anschließend verschiedene leitende Positionen in Industrie und Beratung.

Fachlicher Fokus waren stets die Themen Nachhaltigkeit und Digitalisierung im Forschungs- und Innovationskontext. Seit 2019 verantwortet er für die VDI Technologiezentrum GmbH den Bereich Nachhaltigkeit und Gesundheit sowie den Firmenstandort in Berlin.


Kapitel 12

Digitalisierung in der Kunststoffkreislaufwirtschaft

Kunststoffkreislaufwirtschaft braucht digitale Methoden und Lösungen für eine Vielzahl von Produkten und Prozessen. Akteure einer Wertschöpfungskette brauchen Austausch über Rohstoffe und Produktanforderungen wie über Materialzusammensetzung und Verfügbarkeit.

Konzepte für unternehmensübergreifende Datenräume und erweiterte Governance-Strukturen schaffen Transparenz und höhere Geschäftsaktivitäten. Gegenseitiges Vertrauen ermöglicht die wirtschaftliche Umsetzung zirkulärer Geschäftsmodelle.
In der Praxis sind Unternehmen mit der Gleichzeitigkeit vieler technologischer Entwicklungen im Kontext der Digitalisierung konfrontiert, so der um Nachhaltigkeitsaspekte erweiterte Digitale Zwilling.

Moderne Ansätze wie digitale Datenbanksysteme oder Künstliche Intelligenz liefern Antworten auf Herausforderungen der Datennutzung. In praxi gelingt die digitale Abbildung von Produktkreisläufen derzeit nur unvollständig, wegen mangelnder Datenverfügbarkeit oder Interoperabilität bzw. geringem Verständnis der Zusammenhänge. Vernetzung entlang der Wertschöpfungskette braucht ein System von Schnittstellen zwischen Unternehmen zur Informationsweitergabe, zur Nutzung vorhandenen Wissens und Kompetenzen.

Kooperation in Managed Marketplaces fördert den Austausch zwischen Unternehmen, minimiert Risiken und generiert Netzwerkeffekte. Herausforderungen beim Rezyklateinsatz werden durch datenbasierte Ansätze adressiert, die den Status Quo abbilden, Sicherheit für Materialinformationen und -anforderungen aufbauen, den Austausch zwischen Kunden- und Lieferanten unterstützen und Innovationen zugänglich machen.

Prof. Dr. Thomas Krupp

Prof. Dr. Thomas Krupp ist Professor für Transport- und Verkehrslogistik an der Technischen Hochschule Köln. Seit 2016 ist er Studiengangsleiter des Master-Studiengangs (M.Sc.) Supply Chain and Operations Management. Er verfügt über langjährige Erfahrung in Lehre, Beratung und angewandter Forschung aus seinen beruflichen Stationen als Professor für Logistikmanagement an der Europäischen Fachhochschule in Brühl, als Management-Berater im Competence Center Transportation bei Horváth & Partners und als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fraunhofer ATL, heute Fraunhofer SCS in Nürnberg. Nach dem Studium der Betriebswirtschaftslehre in Nürnberg und Sevilla promovierte er am Lehrstuhl für Logistik der Universität Erlangen-Nürnberg zum Thema Benchmarking in der Kontraktlogistik.

Seine Themenschwerpunkte neben der Digitalisierung in der Logistik sind strategische Fragestellungen und Prozessmanagement in Logistikdienstleistung und Supply Chain Management sowie Branchenlogistik, insb. Chemielogistik.

Jieying Luu

Jieying Luu ist wissenschaftliche Mitarbeiterin für den Bereich Logistik und Supply Chain Management in der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der Technischen Hochschule Köln. Zuvor studierte sie Business Administration mit Schwerpunkt Logistik an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg sowie an der Hunan-University in Changsha (China) und absolvierte später den Master of Science in Supply Chain and Operations Management an der TH Köln.

Zu ihren beruflichen Stationen gehören neben Amazon mehrere Einsätze in der Prozessindustrie. Bei Thyssen Krupp Rasselstein erstellte sie u.a. ihre Bachelor- und Masterarbeiten, in denen sie sich wissenschaftlich mit praktischen Fragestellungen der Logistik in der Prozessindustrie beschäftigte.

Kapitel 13

Logistik im Kreislauf

Die Logistik ermöglicht durch Transport-, Umschlag- und Lagerprozesse den physischen Güterfluss, sie verbindet alle Akteure des Kunststoffnetzwerks miteinander.

Gemäß diesem Fließgedanken verfolgt die Logistik einen ganzheitlichen systemischen Ansatz, um effektive und ressourceneffiziente Stoff- und Informationsflüsse im Kunststoffkreislauf zu etablieren.

Die Transformation zu einem geschlossenen Kunststoffkreislauf erfordert die Integration der Akteure aus der Entsorgungslogistik. Diese stellen mit den Endkonsumenten potentielle Rohstofflieferanten für die Kunststoffproduktion dar.

Aus der bislang dominierenden Einweglogistik entwickeln sich multiple Mehrwegsysteme und Kreisläufe. Die Güterströme in der Rückführung verändern sich. Kurzfristig steht die Logistik vor der Herausforderung zusätzliche Transport- und Sortierkapazitäten bereitzustellen, um die wachsende Menge an Kunststoffabfällen abzuwickeln.

Zur Sicherstellung einer bedarfsgerechten Rezyklat-Versorgung durch die Entsorgungsbranche ist ein Wandel der bisher push-gesteuerten Lieferkette zu einer pull-/auftragsgesteuerten Supply Chain notwendig.

Die damit verbundene Zunahme an heterogenen, kleinteiligeren Stoffströmen bewirkt veränderte bzw. spezifischere Lager-, Sortier- und Transportprozesse entlang der Rückführung. Für bestehende Entsorgungslogistiker sowie generalistische Logistikdienstleister ergeben sich hierdurch neue Chancen zum Ausbau ihrer Geschäfte.

Durch den absoluten Anstieg an logistischen Prozessen im Zuge der Kreislaufführung ist eine kontinuierliche Optimierung der Ressourceneffizienz notwendig, damit die Nutzenpotenziale der Kreislaufwirtschaft nicht vom Energieverbrauch der Logistik konterkariert werden.

Stefanie Bierwirth

Stefanie Bierwirth studierte Physik an der Georg-August-Universität zu Göttingen. Nach Abschluss ihres Diploms arbeitete sie am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Seit 2016 ist sie Mitarbeiterin beim Deutschen Institut für Normung e. V. (DIN) und betreut aktuell Normungsgremien auf deutscher, europäischer und internationaler Ebene für den DIN-Normenausschuss Kunststoffe (FNK) in den Bereichen Recycling und Rezyklate sowie Umweltaspekte von Kunststoffen.

Kapitel 14

Normung und Standardisierung für Kunststoffe im Kreislauf

Normen sind für die Kreislaufwirtschaft unerlässlich, sie sind Kommunikationsmittel und helfen bei der Verständigung, bei der Übergabe von Informationen und beim Auffinden passender Partner und Materialien zwischen den Akteuren im Kreislauf.

Sie spielen so eine wichtige Rolle bei der Transformation hin zu geschlossenen Kreisläufen.

Wie Normen entstehen, welche anderen Veröffentlichungsformen (Standards) es gibt und wo Normen und Standards erarbeitet werden, behandelt dieses Kapitel mit dem Schwerpunkt Kunststoffe und der Verwertung von Kunststoffabfällen sowie der Rezyklatherstellung und des Rezyklateinsatzes.

Vorgestellt wird zunächst die Normungslandschaft für Kunststoffe in der Circular Economy. Es folgt die Beschreibung der Normungsaktivitäten zu Kunststoff-Recycling und -Rezyklaten, der relevanten Gremien einerseits sowie der von ihnen behandelten zentralen und Normen und Standards andererseits, schließlich werden die europäischen Normungsaktivitäten im Rahmen der von der EU-Kommission initiierten Circular Plastis Alliance sowie die von DIN, DKE und VDI initiierte „Normungsroadmap Circular Economy“ vorgestellt.

In größerer Tiefe werden der DIN-Normenausschuss Kunststoffe und die dazugehörigen federführenden internationalen, europäischen und nationalen Gremien, sowie die relevanten Normen und Standards dargestellt. Zum Abschluss wird auf aktuelle und aufkommende Themen aus dem Bereich der Kunststoffrezyklate und des Recyclings eingegangen.

Kapitel 15

Regulierung einer Kreislaufwirtschaft

Ausgehend von einem historischen Abriss der vor allem abfallwirtschaftlichen Regelungen in Deutschland und Europa werden die Ziele der EU-Plastics Strategy im Jahr 2018 als grundsätzliche Weichenstellung für die EU-Kunststoffwirtschaft in Richtung Kreislaufwirtschaft herausgestellt.

Der Stand der Umsetzung dieser Ziele über Green Deal, Circular Economy Action Plan, Circular Plastics Alliance sowie bereits erlassene Regelungen wie Single Use Plastics Directive oder „Plastiksteuer“ wird aufgezeigt.

Analog werden für Deutschland das Verpackungsgesetz und die letzte Novelle des Kreislaufwirtschaftsgesetzes im Hinblick auf ihren Beitrag zu einer Kunststoff-Kreislaufwirtschaft analysiert.
Dreh- und Angelpunkt einer Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe ist die Substitution von fossil basierter Kunststoffneuware durch Rezyklate.

Die aktuelle Diskussion, ob und wenn ja wie Rezyklateinsatzquoten als gesetzliche Vorgaben hierzu einen signifikanten Beitrag leisten können, wird in einem gesonderten Unterkapitel reflektiert. Dabei wird auch auf die beiden Varianten, produktspezifische und polymerspezifische Rezyklateinsatzquoten, vergleichend eingegangen.

Auf weitere Vorschläge zur regulativen Ausgestaltung eines Kunststoffkreislaufs wird anhand von Ergebnissen aus Stakeholder-Dialog-Prozessen verwiesen. Abschließend wird ein Vorschlag für ein Monitoring- und Steuerungsinstrument hin zu einer klimaneutralen Kunststoff-Kreislaufwirtschaft, die neben Rezyklaten auch Biomasse und CO2 als weitere zirkuläre Rohstoffe einbezieht, unterbreitet.

Kapitel 16

Fachpresse und Verbände

Die Kunststoffwirtschaft organisiert sich in Verbänden und Vereinen, die die Interessen ihrer Mitglieder in der Industrie, der Politik und der Gesellschaft unterstützen und vertreten.

Eine Vielzahl von Verbänden, Netzwerken und Initiativen ist in allen Regionen der Welt dazu aktiv – viele davon bereits seit Jahrzenten, andere erst seit kurzem. Hinzu kommen zahlreiche unterschiedlich organisierte Kooperationsplattformen, auf denen Unternehmen der Kunststoffwirtschaft gemeinsam mit Partnern aus den Wertschöpfungsketten, Beratern, NGOs und anderen an der Lösung spezieller wie globaler Probleme zusammenarbeiten.

Ein kommentierter Überblick soll in dieser unübersichtlichen Landschaft zur Orientierung beitragen.
Detaillierte Tabellen nennen globale, europäische oder deutsche Initiativen mit ihrem jeweiligen Sitz und der dazugehörigen Webadresse. Kurzkommentare erleichtern dem Leser eine erste Zuordnung.

Um den sich schnell verändernden Umständen in der Kunststoffwirtschaft Rechnung zu tragen, sind Information und Kommunikation von zentraler Bedeutung. In diesem Kapitel werden daher auch ausgewählte Organe der deutschsprachigen Fachpresse mit Kurzkommentar und Webadresse in Tabellenform vorgestellt.

Kapitel 17

Studien zum Thema

Eine wachsende Zahl deutscher, europäischer und internationaler Organisationen befasst sich mit der Einführung einer Kreislaufwirtschaft und hat dazu Studien veröffentlicht, oftmals zusammen mit einschlägig tätigen Instituten oder mit Beratungsunternehmen.

Schwerpunktmäßig befassen sich diese Studien mit Kunststoffen, aber auch mit anderen Grundstoffen, mit Roadmaps auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft, mit Kunststoffstoffströmen und Treibhausgasemissionen, mit allen Aspekten des Recyclings von Kunststoffabfällen und mit Fragen des Kunststoff-Litterings, also des unkontrollierten Eintrags von Kunststoffabfällen in die aquatische und terrestrische Umwelt, schließlich auch mit regulatorischen Aspekten. Etliche dieser Studien, aber längst nicht alle, werden in den vorhergehenden Kapiteln angesprochen und zitiert.

Um die Leser auf solche Studien hinzuweisen und ihnen die Möglichkeit zu geben, sich mit ihnen und den dahinterstehenden kompetenten Institutionen vertraut zu machen, wurden für dieses Kapitel insgesamt 28 Studien, die den Autoren für den hier betrachteten Kontext wichtig erschienen, exzerpiert.

Sie werden mit ihren Kernaussagen versehen in diesem Kapitel vorgestellt. Die meisten der hier betrachteten Studien sind kostenlos im Internet verfügbar, einige wenige sind allerdings kostenpflichtig. Von wenigen Ausnahmen abgesehen, handelt es sich bei diesen Studien um Schriftstücke der sogenannten grauen Literatur, die nicht über einen Verlag zugänglich sind.

Kapitel 18

Fazit  – Wohin geht die Reise?

Unsere Gesellschaft und unsere Lebensweise befinden sich in einem dramatischen Wandel. Unsere Produktions- und Konsumgewohnheiten müssen vor dem Hintergrund der durch sie verursachten Umweltschäden und der Begrenztheit der planetaren Ressourcen tiefgreifend transformiert werden.
In diesem Kontext steht die Kunststoffindustrie vor großen Herausforderungen:

  • Reduktion großer aus der linearen Wirtschaftsweise herrührender Abfallmengen

    Minimierung und Vermeidung des Abfallaufkommens einerseits und möglichst vollständige Verwertung entstehender Abfälle andererseits.

    Gegenmaßnahmen und Lösungen für die gigantischen Abfallmengen, die sich bereits heute in der terrestrischen und aquatischen Umwelt befinden und deren Menge exponentiell weiterwächst.
  • Sicherung des Ressourcenbedarfs durch Kunststoffkreislaufwirtschaft

    Zur Befriedigung der Bedürfnisse einer wachsenden und sich entwickelnden Weltbevölkerung muss enorme Ressourcenbedarf für die Kunststofferzeugung gesichert werden; hierfür muss der in der Technosphäre befindliche Kohlenstoff im Kreislauf geführt werden.
  • Reduktion hoher CO2e-Emissionen

    Für den Abschied von Öl und Gas – für die Defossilisierung – sind Herstellung und Einsatz zirkulärer Rohstoffe die Wege und Mittel, um die hohen CO2e-Emissionen, die als Folge der Rohstoffförderung, der Kunststoffherstellung und der Verbrennung von Kunststoffen entstehen und in die Atmosphäre entlassen werden, zu minimieren und damit den notwendigen Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel zu liefern. 

Im vorliegenden Buch werden Antworten und Lösungsansätze für diese Herausforderungen beschrieben: zirkuläre Rohstoffe im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft klimaneutral herstellen und effizient nutzen. Das Konzept einer solchen Kreislaufwirtschaft erfordert Überarbeitung und Neudenken folgender wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Komplexe.