Verschiedene Wege zum geringeren CO2-Fußabdruck

Das Thema Nachhaltigkeit war dem Unternehmen schon wichtig, bevor es im Fokus der Öffentlichkeit stand. So rekultivierte die Firma die erschöpften Tagebaue lange bevor sie gesetzlich dazu verpflichtet wurde. Die dadurch entstehenden Biotope beheimaten sowohl alte als auch neue Pflanzen- und Tierarten, sodass nach einiger Zeit eine neue Artenvielfalt vorhanden ist.

Ein Thema, welches vor Allem im Bereich Automotive, aber auch beispielsweise für die Luftfahrt an Relevanz gewinnt, ist die Gewichtsreduzierung. Auf diese Weise sollen Reichweiten erhöht und gleichzeitig Ressourcen geschont werden.

Mit den funktionalisierten Mikrohohlglaskugeln Gloxil IM16k MAM ist ein Füllstoff verfügbar, welcher genau auf diese Punkte abzielt. Auf Grund der hohen Rohstoffpreise ist dessen Einsatz vor allen Dingen in hochpreisigen Polymeren wie FKM sinnvoll. Daher wurde in einer peroxidvernetzten FKM-Rezeptur der Effekt der funktionalisierten Mikrohohlglaskugeln auf die Mischungseigenschaften nach einem teilweisen Austausch von Ruß N 990 getestet. Dabei zeigte sich, dass der Spannungswert bei 100 % Dehnung deutlich erhöht werden kann (Bild 1). Außerdem ließ sich unter Anderem die Beständigkeit gegen Öl verbessern, wie die reduzierte Volumenzunahme und die sich weniger stark ändernden physikalischen Eigenschaften indizieren.

Die deutlich niedrigere Dichte der Mikrohohlglaskugel senkte die Dichte der Gesamtmischung um 15 % (Bild 2). Das Hauptziel der Gewichtsreduzierung kann also mit den funktionalisierten Mikrohohlglaskugeln erreicht werden, bei gleichzeitiger Senkung der Mischungskosten um circa 8 %.

Mit der Untersuchung einiger Füllstoffe in einem geschäumten, aber harten EPDM-Karosseriedichtprofil wird eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, Bauteilgewichte und damit auch Kosten zu reduzieren und obendrein deren Ökobilanzen zu verbessern.

Üblicherweise sind diese Profilmischungen mit Ruß gefüllt, der neben sehr guten Extrusionseigenschaften auch sehr gute physikalische Eigenschaften generiert. In der Vergangenheit waren diese Rezepturen elektrisch leitend. Die sich ändernden Anforderungen im Automobilbau wirkten sich in der Folge auch auf die Materialien aus. So werden zunehmend Karosserieteile aus Mischmetallen gefertigt, was zu elektrochemischer Korrosion führt. Um dem entgegenzuwirken, werden die Dichtprofile nun elektrisch isolierend ausgerüstet. Dies wird möglich, indem der Rußanteil reduziert und durch mineralische Füllstoffe ersetzt wird.

Zugrunde gelegt wurde eine bereits geprüfte Karosseriedichtprofil-Formulierung, die für die Versuche geringfügig angepasst wurde. Geschäumt wurde sie mit einem physikalischen Treibmittel, was im Schnitt zu einer Dichte von circa 0,7 g/cm³ führte. Die physikalischen Eigenschaften der Mischungen nach dem Teilaustausch von Ruß N 550 durch Sillitin N 82, Sillitin Z 86, Aktisil PF 216 oder Aktisil AM waren weitestgehend mit denen vom pur eingesetzten Ruß vergleichbar. Abhängig von der verwendeten Füllstofftype ließen sich die Mischungskosten um bis zu 40 % senken (Bild 3).

Nachdem CO₂-Neutralität immer mehr an Bedeutung gewinnt, wird es zunehmend wichtiger, den CO₂-Fußabdruck der eingesetzten Produkte zu kennen. Aus diesem Grund hat das Unternehmen 2022 damit begonnen, Ökobilanzen nach den ISO-Normen 14040:2021 und 14044:2021 durch den TÜV Rheinland erstellen zu lassen. Diese "Life Cycle Analysis" (LCA) hilft, die Umweltauswirkungen eines Produktes zu bilanzieren und zu zeigen, wo Energieverbrauch und Emissionen weiter optimiert werden können.

Werden diese Daten als Grundlage zum Berechnen des CO₂-Fußabdrucks einer Gummimischung genutzt, so wird der Unterschied schnell deutlich. Bild 4 zeigt die CO₂-Einsparung, die sich aus dem Rußaustausch durch die natürlichen Füllstoffe ergibt. Grundsätzlich gilt, je mehr Ruß ersetzt wird, desto größer ist das Einsparpotential. In den elektrisch leitfähigen Mischungsvarianten sinkt der CO₂-Fußabdruck um etwas mehr als 20 %; mit der erhöhten Dosierung an mineralischem Füllstoff in den elektrisch nicht leitfähigen Mischungen reduziert er sich sogar um mehr als 30 %.

Aus einer weiteren Beispielrechnung wird das Potenzial an CO₂-Einsparung deutlich, wenn Ruß durch mineralische Füllstoffe substituiert wird. Grundlage dieser Berechnung ist wieder eine Karosseriedichtprofil Rezeptur auf EPDM-Basis, diesmal aber nicht geschäumt, sondern massiv.

In einem ersten Schritt wird mehr als die Hälfte des Rußes mit den mineralischen Füllstoffen ersetzt. Aus Bild 5 geht hervor, dass dadurch die CO₂-Bilanz der Mischung um nahezu 30 % verbessert werden kann. Der nächste Schritt sieht nun einen vollständigen Austausch des Rußes vor, wodurch das maximale Potenzial aus der geänderten Füllstoffauswahl in dieser Formulierung deutlich wird. Allein durch den Rußersatz mit dem mineralischen Füllstoff sinkt der CO₂-Fußabdruck um 40 %.

Mittlerweile bieten einige Polymerhersteller bereits auch Produkte mit verbesserter und optimierter Ökobilanz an. In der Beispielrechnung wurde daher das herkömmliche Polymer durch ein optimiertes Polymer ausgetauscht. In einer solchen Mischung wird der Effekt der natürlichen, mineralischen Füllstoffe nach (Teil-)Austausch von Ruß noch ausgeprägter. Analog zum oben erwähnten ersten Schritt wird auch hier mehr als die Hälfte des Rußes ausgetauscht. Dadurch sinkt der CO₂-Fußabdruck um mehr als 30 %, wobei der Unterschied zur Mischung mit dem herkömmlichen Polymer nicht sehr groß ist. Wird der Ruß vollständig durch diese Produkte ersetzt, so verbessert sich die Bilanz um bis zu 55 %, wie Bild  5 zeigt.

Das Unternehmen sieht Umweltschutz nicht nur als eine Angelegenheit von Gesetzen und Vorschriften, sondern fühlt sich in der Verantwortung, aus eigener Initiative kontinuierliche Verbesserungen zu erreichen. Durch Maßnahmen wie emissionsarme Produktionsverfahren und Reinigung der unvermeidbaren Abluftströme, Minimierung der Abfall- und Abwassermengen, sowie sparsamem Einsatz von Rohstoffen und Energie, versucht es, die Umweltbelastung so gering wie möglich zu halten.

Die Ökobilanzen der Produkte geben einen detaillierten Überblick über jede Phase des Lebenszyklus in Bezug auf Energieverbrauch und Emissionen und zeigen, wie viel Energie insgesamt für die einzelnen Produktionsschritte und die Verpackung verbraucht wird.

Mit den Ökobilanzen werden die Verarbeiter bei ihren Nachhaltigkeitsanalysen unterstützt – ein großer Mehrwert für alle Beteiligten und ein Hebel, um energieintensive Prozesse und den Ressourcenverbrauch in der gesamten Lieferkette zu verringern. Damit werden globale regulatorische Anforderungen erfüllt sowie der wachsenden Nachfrage nach nachhaltigen und optimierten Prozessen Rechnung getragen.

Quelle: Hoffmann Mineral