An der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS mit Standorten im bayrischen Alzenau und hessischen Hanau arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an einer nachhaltigen und geschlossenen Kreislaufwirtschaft. Die zentrale Philosophie einer der jüngsten Fraunhofer-Einrichtungen besteht darin, Abfälle als potenzielle Ressourcen für die Zukunft zu betrachten. Durch einen interdisziplinären Forschungsansatz entstehen am Fraunhofer IWKS Technologien für eine Kreislaufwirtschaft, die nicht nur effizient, sondern auch ökonomisch und sozial nachhaltig ist.
Das übergeordnete Ziel des Fraunhofer IWKS ist es, eine geschlossenen Kreislaufwirtschaft zu etablieren, in der Abfälle von heute wertvolle Ressourcen von morgen sind. Recycling ist grundsätzlich eine vielversprechende Möglichkeit, Ressourcen zu schonen und Umweltauswirkungen zu reduzieren. Die Recyclingfähigkeit von Materialien hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab, darunter das Produktdesign, der Aufwand und die Kosten. Das Produktdesign spielt eine entscheidende Rolle, da es den Aufwand für das Recycling beeinflusst. In einigen Fällen kann der Aufwand so hoch sein, dass ein Recycling weder wirtschaftlich noch ökologisch sinnvoll ist.
Recycling von Magneten und andere Leuchtturmprojekte
An den Standorten werden konkrete Stoffströme analysiert und Technologien entwickelt, mit denen Ressourcen geschont werden. So befasst sich beispielsweise eine Abteilung ausschließlich mit dem Design und Recycling von Magneten. Ziel ist, die funktionalen Eigenschaften von Magneten auch nach dem Recyclingverfahren zu erhalten oder sogar zu maximieren. David Fahz, Wissenschaftler am IWKS erläutert: „Die Energiewende führt in vielen Fällen zu einer Elektrifizierung. Elektromotoren benötigen Magnete, etwa in Elektroautos oder -fahrrädern. In Zukunft wird das Aufkommen von Magneten stark zunehmen.“
Diese bestehen aus sehr unterschiedlichen Legierungen, die Seltene Erden beinhalten. Um sie in neuen Magneten einsetzen zu können, setzt man am Fraunhofer IWKS auf mechanische Recyclingverfahren. Das Ziel besteht darin, eine effektive Demontagelösung für Permanentmagnete zu finden, um das Recycling dieser Komponenten zu ermöglichen und den Verlust von Magneten in den folgenden Recyclingschritten zu verhindern. Die Energie- und Mobilitätswende wird eine erhebliche Steigerung des Bedarfs an Permanentmagneten mit sich bringen. Der Abbau und die Versorgung mit den dafür benötigten Seltenen Erden ist häufig schädlich für die Umwelt. Diese Elemente weiter im Kreislauf zu führen spart also nicht nur die für Ihre Erzeugung erforderliche Energie, sondern hat direkte positive Auswirkungen auf den Umweltschutz.
Kürzlich wurde Mario Schönfeldt für seien Forschung in diesem Bereich ausgezeichnet. Er konnte zeigen, dass recycelte Magnete ähnliche Eigenschaften aufweisen können wie Magnete aus der Primärproduktion. Schönfeld hat systematisch verschiedene Materialeigenschaften über mehrere Recyclingzyklen von Permanentmagneten aus unterschiedlichen Stoffströmen analysiert und so ein besseres Verständnis der Materialeigenschaften gewinnen können. Schönfeldt erklärte: „Das zeigt, wie wichtig der Umgang mit kritischen Ressourcen für eine resiliente und ökologisch nachhaltige Wirtschaft und Gesellschaft ist. Wir hoffen damit einen Beitrag für den Ausbau eines industriellen Magnet-Recyclings in Europa leisten zu können“.
Verpackungen mit KI sortieren
Kunststoffabfälle fallen in großen Mengen fast überall auf der Welt an und stellen ein zunehmendes Problem dar. K3I-cycling setzt künstliche Intelligenz (KI) zur Optimierung der Kreislaufführung von Kunststoffverpackungen ein. Dieses Projekt ist integraler Bestandteil eines KI-Hubs, der aus den Innovationslaboren KI-OptiPack und K3I-cycling besteht. Die beiden Labore decken gemeinsam die gesamte Wertschöpfungskette von Design bis zur Kreislaufschließung ab.
Das Projekt hat zum Ziel, die Menge und Qualität an Rezyklat mithilfe von KI zu erhöhen, insbesondere im Kontext der Kreislaufschließung und Prozessoptimierung. Der untersuchte Stoffstrom umfasst Siedlungsabfälle und Kunststoffverpackungen, wobei das Ziel darin besteht, innovative Ansätze für eine nachhaltige Zukunft zu entwickeln. Zusammenfassend verdeutlichen diese Forschungsprojekte die Schlüsselrolle von Innovation und Forschung bei der Entwicklung nachhaltiger Lösungen für die Kreislaufwirtschaft. Von der KI-Optimierung von Kreisläufen über effizientes Batterierecycling bis hin zur stofflichen Verwertung von Lebensmittelresten: Diese Projekte tragen zur Entwicklung umweltfreundlicher und ressourcenschonender Praktiken bei.
Mit der Kraft der Natur
Neben der Kreislaufwirtschaft ist die Bioökonomie ein weiterer wichtiger Aspekt am Fraunhofer IWKS. Sie zielt darauf ab, die Wertschöpfung aus pflanzlichen industriellen Reststoffen zu erhöhen, ohne dabei in Konkurrenz zur Lebensmittelindustrie zu treten. Ein Beispiel hierfür sind Biomassen wie Apfeltrester, die durch eine gezielte Nutzung zu wertvollen Ressourcen werden können. Dieser Ansatz fördert Synergien, da ein höherer Bedarf an Nahrungsmitteln auch mehr Rohstoffe für die Wertschöpfung aus Biomasse bedeutet.
GlyChem widmet sich der stofflichen Verwertung von Reststoffströmen der Lebensmittelproduktion, wie beispielsweise Apfeltrester. Ein Teilvorhaben dieses Projekts beschäftigt sich mit der Extraktion und Filtration von Glykanen und Koppelprodukten, um biobasierte Additive und Funktionsbiopolymere herzustellen. Diese sollen konventionelle, erdölbasierte Additive in Produkten wie Beschichtungen, Druckfarben und Lacken ersetzen, ohne den bestehenden Herstellungsprozess zu beeinflussen. Unter anderem liegt der Fokus auf der Substitution kritischer Ressourcen. Die Einrichtung erforscht nachhaltige Alternativen, um die Abhängigkeit von endlichen Ressourcen zu minimieren. Ein weiterer Schwerpunkt ist die intelligente Regeneration zukunftsweisender Materialien, um die Produktlebensdauer zu verlängern
Auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft
Das Fraunhofer IWKS spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft durch die Förderung einer geschlossener Kreislaufwirtschaft. Durch innovative Forschungsansätze und wegweisende Projekte trägt die Einrichtung dazu bei, den Übergang von einer linearen zu einer zirkulären Wirtschaft zu fördern. Inmitten globaler Herausforderungen zeigt das Fraunhofer IWKS, dass eine 100 %-ige Kreislaufwirtschaft theoretisch denkbar ist und präsentiert konkrete Schritte, um diese Vision in die Realität umzusetzen.
Am Fraunhofer IWKS wird ein Bewusstsein für die Vorteile der Kreislaufwirtschaft geschaffen und gemeinsam mit Unternehmen innovative und nachhaltige Lösungen entwickelt. Das Institut betont, dass Kreislaufwirtschaft durchaus ökonomisch attraktiv sein kann, insbesondere angesichts des steigenden gesellschaftlichen Drucks, natürliche Ressourcen zu schonen und CO2-Emissionen zu reduzieren. Die Forschungsergebnisse des Fraunhofer IWKS tragen maßgeblich dazu bei, die Kreislaufwirtschaft weiter voranzutreiben und sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Ziele zu erreichen. Durch die Schaffung von Regularien und die Förderung technischer Innovationen ebnet die Einrichtung den Weg für eine nachhaltige Zukunft. Jedoch betont es auch die Notwendigkeit, das Bewusstsein für eine Kreislaufwirtschaft weiter zu schärfen und internationale Standards zu etablieren.
Bild ganz oben: Bildunterschrift: David Fahz und Leonie Wenzel verbessern in Alzenau die Zirkularität von Materialien. Foto: Circular Technology
