ReFi(b)re Von der Schutzbekleidung zur Flammschutzhaube Entwicklung und Erprobung einer Kreislaufführung durch das Recycling von Hochleistungsfasern in der persönlichen Schutzausrüstung
Projektdurchführung
Hochschule Niederrhein Textil- und Bekleidungstechnik Center Textillogistik (CTL)Reinarzstr. 49
47805 Krefeld
Zielsetzung
Die Persönliche Schutzausrüstung (PSA) verschiedener Einsatzkräfte (Polizei, Rettungskräfte, Dienstkleidung, Feuerwehrbekleidung, u.ä.) wird aus einer Fasermischung von Hochleistungsfasern wie z.B. Aramiden hergestellt. Diese Fasern bieten nicht nur eine sehr gute Performance gegen Hitze, sie sind auch als hochwertiger Sekundärrohstoff für weitere Anwendungen interessant, da die entscheidenden Fasereigenschaften inhärent sind und somit auch nach zahlreichen Waschgängen am Ende des Lebenszyklus noch vorhanden, dennoch werden sie derzeit am Ende ihrer Tragedauer nur thermisch verwertet. Ziel ist es diese Fasern durch mechanisches Recycling (Faser-zu-Faser-Recycling) wiederzugewinnen und als rezyklatbasiertes Garn in neuer Bekleidung zu nutzen. Der Fokus liegt auf der Stapelfaserqualität, um diese in der Wiederverspinnung möglichst gut verarbeiten zu können.
Leider steht ein hochkomplexes Kombinieren von Funktionen bei möglichst geringen Gewicht einem recyclingfreundlichen Design konträr gegenüber. Beim Recycling von Textilien ist Sortenreinheit gewünscht, die Realität konfrontiert aber mit einer großen Menge an Mischgeweben aufgrund von Kostenoptimierung oder aber auch zur Erzielung bestimmter Eigenschaften. Daher soll die PSA zunächst auf Recyclingfähigkeit untersucht und Designoptimierungen benannt werden. Die Rückgewinnung hochwertiger Rezyklate bildet eine der Grundlagen für eine geschlossene zirkuläre Wirtschaft. Durch den Projektansatz des Faser-zu-Faser-Recyclings basierend auf einer Fasermischung kann dieses mechanische Recycling auch für nicht sortenreine Textilien weiterentwickelt werden.
Eine bekannte Hürde beim Post-Consumer-Waste (getragener PSA) ist das Abtrennen der Reflektorstreifen, dies soll durch ein Austesten von Equipment in einen automatisierten Prozess überführt werden.
Arbeitsschritte
Die gesammelten Anzüge werden je nach Aufmachungsart und Reinigungszustand aufgeteilt und in die Verwertung gegeben. Nach dem mechanischen Recycling soll die gewonnene Fasermischung als Beimischung in der Garnherstellung wiederversponnen werden. Die Stapelfaserqualität soll mit den Ansprüchen der Spinnerei abgeglichen werden. Verschiedene Mischungsverhältnisse und Spinnverfahren werden getestet, dann soll eine Garnqualität ausgewählt und ausgesponnen werden. Dieses Garn wird im Anschluss zu einem Gestrick verarbeitet und schließlich zu einer Flammschutzhaube konfektioniert.
Das Center Textillogistik (CTL) übernimmt sowohl die Projektkoordination als auch die textiltechnische Begleitung und Umsetzung im Labormaßstab. Beim CTL handelt es sich um eine Forschungskooperation zwischen dem Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML und der Hochschule Niederrhein.
Als Kooperationspartner fungieren die Firma ALTEX Textil-Recycling GmbH & Co. KG mit langjähriger Erfahrung im Bereich der Reißfasern, welche das Faser-zu-Faser-Recycling übernehmen und die Vorbereitungsverfahren testet und im Bereich der Strickerei und Konfektion, die Firma Comazo GmbH & Co. KG aus Albstadt, welche Spezialisten im Bereich Arbeits- und Schutzwäsche sind.
Ergebnisse
Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass die gesammelte Persönliche Schutzausrüstung sehr unterschiedlich in ihrer Recyclingfähigkeit ist. Die einlagige Arbeitsbekleidung mit nur wenig zusätzlichen Funktionen und einem einzelnen, aufgesteppten Reflektorband am Saum, lässt sich sehr gut für das Recycling vorbereiten. Die Bearbeitung der Feuerwehrbekleidung ist deutlich aufwendiger und zeigt, dass die ausrangierten Teile sehr lange im Einsatz waren. Unverkennbar sind die Konstruktionen der Feuerwehrbekleidung über die Jahre immer komplexer und diverser geworden. Viele Funktionalitäten und Designmaßnahmen sind zur Grundfunktion, dem Schutz vor Feuer, dazu gekommen. Diese Vielzahl an Funktionalitäten macht es extrem aufwendig die Bekleidung zu zerlegen und die Störelemente vor dem Recycling zu entfernen. Grundsätzlich lässt sich feststellen, dass von dem Ausgangsmaterial der Feuerwehrbekleidung je nach Design nur ca. 30-40 % in die hochwertige Verarbeitung zu einem neuen Garn verwertet werden können.
Eine weitere, kritische Beobachtung ist die bestehende Wasserabweisung bei der abgelegten Schutzkleidung. Die Mechanik im Recyclingprozess bedingt keine Entfernung der Fluorcarbone, auch am resultierenden Garn lässt sich eine Wasserabweisung feststellen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die derzeitige Feuerwehrbekleidung hinsichtlich ihrer Haltbarkeit konzipiert wurde und dies nach der Verwertungspyramide der Abfallhierarchie dem Recycling vorzuziehen ist. Zukünftige Schutzbekleidung könnte über modulare Designs recyclinggerechter gestaltet werden, da somit die Problematik des mehrlagigen Aufbaus adressiert würde. Allerdings besteht weiterhin ein Diskrepanz zwischen der Recyclingfähigkeit und der Menge an Funktionalitäten. Ein Umdenken in der Notwendigkeit all dieser Zusatzapplikationen und der gewohnten, hohen Öl- und Wasserabweisung, hin zu einem Reduzieren auf tatsächlich erforderliche Features wäre im Sinne der weiteren Verwertung. Potenziell ist der Fokus hinsichtlich der mengenmäßig relevanteren PSA zu legen, welche heute schon gut geeignet für das Faser-zu-Faser-Recycling ist. Hier sind gezielte Optimierungen, wie z.B. Reflektormaterialien leicht abtrennbar zu gestalten, Wasserabweisung mit fluorfreier Ausrüstung zu generieren o. Ä. Erfolg versprechend. Eine massenbasierte Allokation kann hinsichtlich der Umweltbilanz sinnvoll sein. Die Feuerwehrbekleidung könnte man ihren Normen entsprechend in ihrer Komplexität belassen.
Fazit
Das entstandene Ringgarn mit der Feinheit von Nm 40 und 50 % recyceltem Aramid aus Post-Consumer-Schutzkleidung weist eine zufriedenstellende Festigkeit auf, hat allerdings zu viele Dickstellen aufgrund des nicht ausreichenden Auflösegrads der Recyclingflocke zur Einzelfaser. Die Rohstoffe sollten nach Kategorien vorsortiert in den Prozessstrom gehen, damit ähnliche Qualitäten zusammen verarbeitet werden können. Gestricke sollten getrennt von Geweben verarbeitet werden, da niedrig gedrehte Strickgarne sich leichter öffnen lassen und somit einen anderen Auflösegrad als Webgarne benötigen. Um eine homogene Faserflocke mit geringer Stapelfaserlängenverteilung zu erzeugen, sollten die Rohstoffe, die gemeinsam verwertet werden, einer ähnlichen Qualität entsprechen und möglichst von allen Störelementen befreit sein. Die verarbeitete Schutzkleidung weist eine sehr hohe mechanische Beständigkeit auf und benötigt somit mehr mechnische Kraft zur Auflösung. Das Dilemma bezüglich Recyclingfähigkeit und Haltbarkeit sollte als Erkenntnisgewinn weiter betrachtet werden. Technologisch ist die Verarbeitung von 50 % Rezyklat umsetzbar. Nun werden die Tests der herzustellenden Fläche zeigen, welche qualitativen Hürden mit der Post-Consumer-Ware einhergehen. Es sollen auch die Gebrauchseigenschaften betrachtet werden, da aufgrund von verbleibenden Kurzfasern das Waschverhalten und auch das Pilling ungünstig beeinflusst werden können. Dies gilt es, mittels Scheuer- und Waschtests zu untersuchen.