Kreislaufwirtschaft in der Elektronik Nachhaltige Kunststoffe – am Ende steht der Anfang

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Gesicherte Stoffkreisläufe entstehen nur, wenn alle Partner der Wertschöpfungskette von Elektronikteilen kooperieren. Wichtig ist dabei eine auf das Recycling ausgelegte Konstruktion von Bauteilen.

Elektronikprodukten kommt eine tragende Rolle zu, die UN-Nachhaltigkeitsziele zu verwirklichen – sei es bei der Energiewende, beim Klimaschutz oder der Ressourcenschonung. Sie selbst müssen aber auch nachhaltiger werden. An ihrem Lebensende sollte deshalb nicht z.B. die Deponierung oder Verbrennung stehen. Vielmehr gilt es, ihre Bestandteile im Sinne einer Kreislaufwirtschaft als wertvolle Rohstoffe zu verstehen, einer neuen Verwertung zuzuführen und dadurch auch CO2-Emissionen zu verringern.

Elektronikteile bestehen neben Metallen vor allem aus Kunststoffen. Zum Beispiel sind Polycarbonate und ihre Mischungen mit anderen thermoplastischen Kunststoffen (sogenannte Blends) etablierte Konstruktionsmaterialien in der Elektrik und Elektronik (E&E). Sie erfüllen etwa in puncto Flammwidrigkeit, elektrische Eigenschaften und Ökologie weltweit die wichtigsten Normen, Standards und Label der E&E-Branche.

Polycarbonate kombinieren gute mechanische Eigenschaften mit einer inhärenten Flammwidrigkeit, Dimensionsstabilität und Transparenz. Sie können witterungsstabil, wärmeleitend und sehr gut mit Flammschutz ausgelegt werden, erlauben Designs in verschiedenen Farben und Texturen und ermöglichen die Integration z.B. von Sensoren, Mikroschaltern und Lichtelementen.

Das Anwendungsspektrum in der Elektronik reicht von Ladegeräten und Komponenten für Smart Phones und Laptops sowie Batteriegehäusen, Akkuzellhaltern, Ladestationen und Wallboxen für die Elektromobilität über Steckerleisten, Haushaltsgeräte und Gehäuse für IoT-Geräte und die 5G-Technologie bis hin zu IR-transparenten Sensoren für Router und die Robotik.

Umstellung auf nachhaltigere Rohstoffquellen

Covestro ist Hersteller u.a. von Polycarbonat (Makrolon, Apec) und seinen Blends (Bayblend, Makroblend). Das Leverkusener Kunststoffunternehmen ist schon seit Jahrzehnten Entwicklungspartner der E&E-Industrie. Es hat sich den UN-Nachhaltigkeitszielen verpflichtet und stellt seine Produktion schrittweise auf alternative Rohstoffquellen einschließlich erneuerbarer Energien um. Dies ist Teil eines umfassenden, global aufgelegten Programms, das den Übergang zur Kreislaufwirtschaft auch bei den internationalen Kunden unterstützen soll.

Die ersten klimaneutralen Polycarbonate

Ein großer Schritt in Richtung Klimaschutz und Nachhaltigkeit sind die weltweit ersten klimaneutralen Polycarbonate, die Covestro derzeit zusammen mit anderen Produkten unter dem Namen Makrolon RE in den Markt einführt (Bild 1). Sie sind vor allem für Anwendungen maßgeschneidert, in denen neben einem signifikant reduzierten CO2-Fußabdruck erstklassige Eigenschaften und eine hohe Transparenz oder helle Einfärbung gefordert sind.

Hintergrund: Die Bewertung „klimaneutral“ ist das Ergebnis einer Bewertung eines Teilabschnittes aus dem gesamten Produktlebenszyklus. Betrachtet wurde der Abschnitt von der Ressourcengewinnung (Cradle) bis zum Werkstor von Covestro. Die Bewertung basiert auf den ISO-Normen 14040 und 14044 und wurde vom TÜV Rheinland auf Plausibilität kritisch geprüft. Die Bewertung berücksichtigt die biogene Kohlenstoffbindung auf der Grundlage vorläufiger Daten aus der Lieferkette und dem Einsatz erneuerbarer Elektrizität im Rahmen des Produktionsprozesses. Die Zuordnung der Elektrizität erfolgte aufgrund sogenannter „Guarantee of Origin“ Zertifikate. Nicht angewendet wurden sogenannte Ausgleichszertifikate.

Die massenbilanzierten RE-Produkte werden anteilig aus Rohstoffen, die sich von Bioabfällen und -rückständen ableiten, produziert – an ersten Standorten unter Einsatz von erneuerbarem Strom. Die nachhaltige Herkunft der Rohstoffe ist nach ISCC Plus („International Sustainability and Carbon Certification“) zertifiziert. Die Biorohstoffe werden zunächst chemisch in Ausgangsstoffe für die chemische Industrie umgewandelt und entlang der Wertschöpfungsschritte mittels Massenbilanzierung Rohstoffen für die Polycarbonatherstellung zugeordnet, die chemisch und physikalisch völlig identisch mit den bislang für Polycarbonat verwendeten rein fossilen Rohstoffen sind.

Daher haben die RE-Polycarbonate die gleiche Qualität und die gleichen mechanischen, thermischen, optischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften wie ihre rein fossilen Pendants und erfüllen deshalb die gleichen technischen Spezifikationen und Zertifizierungen. Sie können auf den gleichen Produktionsanlagen hergestellt werden, ohne dass sich der Prozess oder die Arbeitsabläufe ändern.

Dadurch kann die bestehende chemische Infrastruktur mit ihrer hohen Effizienz und ihren industriellen Größenvorteilen genutzt werden. Die Vorteile für Kunden liegen auf der Hand. Da die RE-Polycarbonate sogenannte Drop-Ins sind, können Kunststoffverarbeiter sie schnell und einfach in bestehenden Prozessen ohne Änderungen und ohne technische Risiken einsetzen und somit ebenfalls Kosten einsparen.

ISCC-Zertifikat für nachhaltigen Produktanteil

Die an die ISCC Plus-Zertifizierung gekoppelte Massenbilanzierung ist eine Chain of Custody-Methode. Sie erlaubt es, fossile und alternative Rohstoffe in der Produktion zu mischen, aber buchhalterisch dabei zu trennen. Dadurch lassen sich Materialien und ihre Mengen durch mehrstufige Produktionsprozesse verfolgen und die Anteile an nachhaltigem Material im Endprodukt genau bestimmen. Auf diese Weise ist die Nachhaltigkeit eines Produktes transparent und präzise gegenüber dem Anwender ausweisbar.

Erste klimaneutrale Polycarbonate

Kunststoffe in Elektronikprodukten sind essenzielle Materialien, die einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourcenschonung leisten können. Das gilt vor allem für die weltweit ersten klimaneutralen Polycarbonate, die wir zurzeit in den Markt einführen, aber auch für andere biozirkuläre und teilweise mechanisch recycelte Kunststoffe. Eine zertifizierte Massenbilanzierung ist dabei ein wichtiger Ansatz, denn sie erlaubt eine verlässliche rechnerische Zuordnung der nachhaltigen Materialanteile zu den Produkten und damit mehr Transparenz in der Wertschöpfungskette. Die Elektronikindustrie und ihre Kunden profitieren davon, dass diese Kunststoffe die gleichen guten Eigenschaften wie ihre fossil-basierten Pendants aufweisen und zudem einfach und schnell in bestehende Produktionsprozesse integriert werden können.

Mit den massenbilanzierten Drop-in-Rohstoffen lässt sich prinzipiell das gesamte Produktportfolio bei Makrolon abbilden. Auch bei den hitzebeständigen Copolycarbonaten Apec und den Blends Bayblend und Makroblend werden derzeit ISCC Plus-massenbilanzierte RE-Reihen aufgebaut. Alle RE-Produkte können in großen Mengen geliefert werden. Die genaue Allokation von biozirkulären Rohstoffen wird mittels einer Nachhaltigkeitserklärung mit jeder Lieferung bestätigt.

Qualitätsgesicherte Rezyklate

Als alternative Rohstoffquellen für die Kreislaufwirtschaft nutzt Covestro auch Kunststoffe und Carbonfasern aus Post Consumer- und Post Industrial-Abfällen (PCR bzw. PIR). Die wiedergewonnenen Kunststoffe werden mit Neuware vermischt und können einen Anteil von bis zu 75 Gewichtsprozenten am Rezyklat haben. Die Rezyklat-Polycarbonate und -Blends zeigen typische Materialstärken ihrer Werkstoffklassen. Zum Beispiel stehen qualitätsgesicherte Polycarbonate mit Rezyklatanteil zur Verfügung, die bis zu 144 °C wärmeformbeständig sind (Vicat), eine hohe Licht- oder gute IR-Transmission zeigen, den Flammschutztest UL 94 des US-Prüfinstituts Underwriters Laboratories Inc. mit der besten Einstufung V-0 (0,75 mm Probekörperdicke) erfüllen oder im Brandfall kaum korrosive Rauchgase bilden.

Aus ihnen werden u.a. Elektronikbauteile für Laptops, Kopierer, Drucker und Ladegeräte gefertigt. Ein aktuelles Anwendungsbeispiel ist das reparaturfreundliche Fairphone 4 des niederländischen Sozialunternehmens Fairphone. Die hintere Geräteabdeckung, der mittlere Rahmen und das drahtlose Ladegerät des Smartphones werden u.a. aus Polycarbonaten mit einem PCR-Anteil von 30 bis 50 Prozent hergestellt (Bild 2). Im Vergleich zu konventionellem, rein fossilem Material sinken die CO2-Emissionen um 30 Prozent.

Partnerschaften zum Aufbau von Stoffkreisläufen

Covestro sucht gezielt die Zusammenarbeit mit Kunden, Recycling-Unternehmen und anderen Partnern der Wertschöpfungskette seiner Kunststoffe, um Stoffkreisläufe zur Gewinnung von Rezyklaten aufzubauen und zu schließen. Ziel ist dabei, zu qualitätsgesicherten, zuverlässig in ausreichenden Mengen verfügbaren Rohstoffen zu kommen. Ein Beispiel ist hier etwa die Kooperation mit dem Getränkehändler Nongfu Spring und dem Wiederaufbereiter Ausell in China.

Die Partner optimieren eine Wertschöpfungskette zum Recycling von großen, 5-Gallonen-Wasserflaschen (19 Liter) aus Polycarbonat. Das aus den Flaschen gewonnene Rezyklat wird u.a. zur Herstellung von Filamenten für den industriellen 3D-Druck von Bauteilen für die Unterhaltungselektronik genutzt. Mit den rezyklathaltigen Polycarbonaten und -Blends lassen sich die Anforderungen branchenspezifischer Öko-Label – wie etwa das Umweltzeichen „Blauer Engel“ oder das „EPEAT-Siegel“ – erfüllen.

Recyclinggerechtes Design

Um Materialströme aufzubauen und Rohstoffe effizient im Kreislauf zu führen, müssen Bauteilgruppen von vornherein so konstruiert sein, dass sie einfach und schnell zerlegt werden können. Hilfreich sind dabei ein möglichst modularer Aufbau und eine Konstruktion der Bauteile mit möglichst wenigen Werkstoffen, wie in Bild 3 am Beispiel eines Scheinwerferkonzeptes gezeigt ist. Insgesamt geht es nicht nur darum, Kunststoffe zurückzugewinnen. Vielmehr lassen sich mit ihnen Bauteile so konstruieren, dass auch andere Materialien wie Metalle und Seltene Erden leichter abzutrennen und zu sammeln sind.

Covestro hat deshalb zusammen mit REnato lab, einem taiwanesischen Beratungsunternehmen, das sich auf Kreislaufwirtschaft und Ressourceneffizienz spezialisiert hat, ein „Praktisches Handbuch für zirkuläres Design für Elektronikhersteller“ verfasst (Bild 4). Es soll Konstrukteuren und Entwicklern helfen, das Modell der Zirkularität in das Design neuer Produkte zu integrieren, damit diese an ihrem „Lebensende“ leichter im Sinne von Stoffkreisläufen verwertet werden können.

* Dr. Niklas Meine ist für das Marketing Electrical & Electronics EMEA bei der Covestro Deutschland AG zuständig.

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