Automobilindustrie: Ist eine Kreislaufwirtschaft für Reifen möglich? - Transforming Economies

Dr. Daniel MagaFraunhofer UMSICHT

Mit weltweit 1,5 Milliarden Stück pro Jahr stellt die Entsorgung von Altreifen derzeit eine große Herausforderung dar. Schätzungen zufolge befinden sich derzeit weltweit etwa 4 Milliarden Altreifen auf Halden und Deponien. Diese Zahl soll bis 2030 auf 5 Milliarden ansteigen.

Obwohl Altreifen bis zu einem gewissen Grad wiederaufbereitet und wiederverwendet werden können (Runderneuerung – Retreading), ist dies nicht unbegrenzt möglich. Früher oder später erreichen Altreifen ihr Lebensende.

Ein komplexer Materialverbund

Reifen sind ein komplexer Materialverbund. Sie bestehen zu verschiedenen Anteilen aus synthetischen und natürlichen Kautschuken wie Polybutadien, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und (Halo)Butylkautschuk.

Neben Kautschuk sind Ruß und Kieselsäure wichtige Bestandteile, die zur mechanischen Integrität und Leistung der Reifen beitragen. Schließlich tragen auch Textilien und Metalle zur Beschaffenheit eines Reifens bei. Die üblicherweise verwendeten Textilien sind Rayon, Nylon und Polyester, während Metalldrähte und Gürtel aus Kohlenstoffstahl und Stahllegierungen bestehen.

Die Schwierigkeiten beim Recycling von Altreifen ergeben sich aus dieser komplexen Materialzusammensetzung. Je nach Reifentyp und technischen Anforderungen variiert zudem die Zusammensetzung von Neureifen.

Herausforderungen beim Reifen-Recycling

In Europa werden die meisten Altreifen entweder wiederaufbereitet, recycelt oder zur Energierückgewinnung verbrannt. Nach Angaben der European Tyre & Rubber Manufacturers Association (ETRMA) wurden 2019 in Europa 95 Prozent der Altreifen gesammelt und zur stofflichen und energetischen Verwertung aufbereitet. Davon entfielen etwa 52 Prozent auf das Recycling, während die restlichen 48 Prozent zur energetischen Verwertung verbrannt wurden.

Abgesehen von der Rückgewinnung von Metallen werden derzeit kaum Materialien für die Reifenproduktion wiederverwendet.

Daniel Maga

Eine Herausforderung sind Verunreinigungen im wiedergewonnenen Gummi. Darüber hinaus erschweren die komplexe vernetzte Struktur von vulkanisiertem Kautschuk den mechanischen Recyclingprozess.

Es gibt zwar einige etablierte Technologien, wie z. B. die Kaltmahlung zur Herstellung von saubererem pulverisiertem Gummi und die Devulkanisierung mit anschließender Revulkanisierung zur Herstellung von Recyclingmaterialien. Aber die meisten der derzeitigen Behandlungsmethoden erlauben kein Gummirecycling, welches in Neureifen eingesetzt werden könnte.

Zu den häufigsten Anwendungen für Altgummi gehören heute Asphaltmischungen mit Krümelgummi im Straßenbau, Eisenbahnschwellen und Füllmaterial für Kunstrasen, geformte Gummiprodukte wie Räder für Caddys, Mülltonnen, Schubkarren und Rasenmäher sowie Stadtmöbel. Recyceltes Gummigranulat und -pulver wird zur Herstellung von Bodenbelägen für Spielplätze, Sportbahnen, stoßdämpfenden Matten, Pflastersteinen oder Fliesen für Terrassen, Schwimmbadumrandungen und Dachmaterialien verwendet.

Verbrennung von Altreifen

Durch die Verbrennung von Altreifen kann der Energiegehalt von Altreifen zurückgewonnen werden. Um jedoch schädliche Luftschadstoffe wie Dioxine, Stickoxide, Schwefeloxide, Dibenzofurane usw. zu vermeiden, muss die Verbrennung bei hohen Temperaturen erfolgen.

Dies erfordert teure nachgeschaltete Anlagen, um festgelegte Luftqualitätsanforderungen zu erfüllen. Außerdem beträgt die bei der Verbrennung von Altreifen zurückgewonnene Energiemenge nur einen Bruchteil der Energie, die für die Herstellung eines neuen Reifens benötigt wird.

Eine aktuelle Studie zeigt, dass die zurückgewonnene Energie aus der Verbrennung einer Tonne Altreifen 32 GJ/Tonne beträgt. Im Vergleich dazu liegt der Energiebedarf für die Herstellung einer Tonne Neureifen bei etwa 209 GJ/Tonne (Valentini-2022).

Pyrolyse von Altreifen: Potenziale für eine Kreislaufwirtschaft

Die Pyrolyse von Altreifen bietet neue Potenziale für eine Kreislaufwirtschaft, da verschiedene Produkte zurückgewonnen werden: Metalle, Rußersatz und Pyroylseöl für die Chemikalienproduktion.

Dafür werden die Altreifen geschreddert und die Metalle und Textilien von der Gummifraktion getrennt. Der Metallschrott wird recycelt, während die Textilien als Ersatzbrennstoff in Zementwerken eingesetzt werden.

Das zerkleinerte Gummi wird der Pyrolyseanlage zugeführt, in der die Produkte Pyrolysegas, Pyrolysekoks und Pyrolyseöl erzeugt werden. Das Gas wird zur Energieerzeugung verwendet, das Koks zu Rußersatz verarbeitet und das Öl wird als Rohstoff in der chemischen Industrie eingesetzt.

Welche Art der Altreifenentsorgung ist umweltfreundlich?

Mittels Ökobilanz (LCA) untersuchte das Fraunhofer UMSICHT die Umweltauswirkungen der Pyrolysetechnologie des Unternehmens Pyrum Innovations. Man verglich diese mit herkömmlichen Entsorgungsmethoden für Altreifen in Deutschland wie der Verbrennung in Kraftwerken, Zementwerken und der stofflichen Verwertung, um beispielsweise Füllmaterial zur Verwendung in Kunstrasen herzustellen.

Die Ergebnisse zeigen: Das Pyrolyseverfahren, aber auch alternative stoffliche Verwertungsverfahren, weisen gegenüber den energetischen Verfahren Vorteile auf – insbesondere in den Wirkungskategorien Klimawandel und Schonung fossiler Ressourcen.

Insgesamt ergibt sich durch das Pyrum-Pyrolyseverfahren eine Netto-CO₂-Einsparung von 703 kg CO₂-Äquivalent pro Tonne Altreifen. Diese Einsparung wird durch die Erzeugung von Sekundärrohstoffen und die Substitution von Primärrohstoffen wie Industrieruß erreicht.

Die thermische Verwertung von Altreifen schneidet in Summe ökologisch schlechter ab. Im Vergleich zwischen der Verbrennung von Ersatzbrennstoffen aus Altreifen in Kraftwerken und der Verbrennung in Zementwerken schneidet das Zementwerk besser ab. Hier wird insgesamt ein höherer Wirkungsgrad erzielt.

Wie zirkulär sind heutige Verfahren zur Behandlung von Altreifen?

In Europa wird ca. die Hälfte der Altreifen stofflich verwertet, nur die Metalle können wieder in Neureifen eingesetzt werden. Bei den meisten Recyclingprodukten handelt es sich eher um ein Downcycling: Spätestens nach etwa 8 bis 10 Jahren müssen die Sekundärprodukte erneut entsorgt werden.

Im Gegensatz dazu wird bei dem untersuchten Pyrolyseverfahren ein hoher Anteil des in den Reifen enthaltenen Kohlenstoffs in Form von wiedergewonnenem Ruß und Pyrolyseöl (80 bis 85 Prozent je nach Ausgangsmaterial) gewonnen, die als Rohstoffe auch für die Neuproduktion von Reifen eingesetzt werden können.

Bisher wird das erzeugte Pyrolysegas in einem Blockheizkraftwerk eingesetzt, um die Pyrolyseanlage mit Strom zu versorgen, was zu CO₂-Emissionen führt. Gründe für die thermische Nutzung sind technisch ungelöste Probleme bei der Abscheidung der Pyrolysegase und die wirtschaftliche Machbarkeit.

In Zukunft könnte es möglich sein, das Pyrolysegas abzutrennen und der chemischen Industrie wieder zuzuführen, wodurch eine nahezu vollständige Rückgewinnung des Kohlenstoffs erreicht würde. In diesem Fall sollte der Pyrolysereaktor mit Ökostrom beheizt werden, damit kein zusätzliches CO₂ in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Hürden für eine vollständige Kreislaufwirtschaft

Es gibt aber auch Hürden, die eine vollständige Kreislaufführung verhindern. Bei der Pyrolyse entsteht mehr Pyrolysekohle als Ruß in den Reifen vorhanden ist. Das bedeutet: Ein vollständiger Kreislauf in der Reifenindustrie ist nicht möglich. Darüber hinaus unterscheiden sich die Eigenschaften des zurückgewonnenen Rußes von denen des neuen Rußes, so dass eine vollständige Substitution heute noch nicht möglich ist.

Ein weiteres Problem ist, dass die Menge an Neureifen und damit Altreifen stetig steigt, leider auch aufgrund von mehr Elektromobilität. Letztendlich erfordert dieses Wachstum den Einsatz von Primärrohstoffen. Zudem muss die zunehmende Abfallmenge behandelt werden.

Die wohl umweltfreundlichste und zirkulärste Variante wäre, Altreifen zunächst stofflich zu verwerten und nach ihrer Nutzung in Sekundäranwendungen die Rohstoffe mittels Pyrolyseverfahren für die Herstellung von Neureifen wieder zurückzugewinnen.

Weitere Beiträge zum Thema auf unserem Blog:

Was Biokunststoffe zu einer zukunftsfähigen Kreislaufwirtschaft beitragen können von Dr. Lisa Mundzeck, Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe

Die Rolle von Narrativen auf dem Weg zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft von Machteld Simoens, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und Dr. Anran Luo, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung

Circular Economy: Ein Schlüssel für eine Nachhaltige Soziale Marktwirtschaft? von Ruben Krebs und Dr. Marcus Wortmann, Bertelsmann Stiftung