TY - THES

T1 - Entwicklung eines Prüfaufbaus zur Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit von Biokunststoffen

AU - Novak, Patrick

N1 - nicht gesperrt

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen werden immer häufiger Biokunststoffe im Verpackungsbereich eingesetzt. Neben dem thermischen und mechanischen Recycling bieten Biokunststoffe mit der organischen Verwertung eine zusätzliche Option der Abfallbewirtschaftung. Der zunehmenden Substitution von Verpackungen stehen Betreiber von Kompostanlagen jedoch sehr kritisch gegenüber, da die Rottezeiten in der Praxis oft wesentlich kürzer sind als die in der EN 13432 geforderten zwölf Wochen. Dadurch kommt es oft zu einem unvollständigen Abbau der Verpackungen, was negative Auswirkungen auf Qualität und Absatztauglichkeit des Komposts haben kann. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Prüfverfahren zur Bestimmung und Quantifizierung der vollständigen biologischen Abbaubarkeit von Kunststoffen zu entwickeln, am Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe zu implementieren und dieses auf Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Der Aufbau des Prüfstands sollte auch die Möglichkeit aufweisen, Veränderungen der Materialien (chemische Zusammensetzung, Kristallisationsgrad) während des Kompostierungsprozesses näher zu untersuchen. Dazu wurden zusätzliche Kompostiergefäße für begleitende Messungen (DSC, FTIR) im Prüfaufbau implementiert. In der vorliegenden Arbeit konnte die grundsätzliche Funktionsfähigkeit des eigens angefertigten Prüfaufbaus (in Anlehnung an EN ISO 14855-2:2018) durch einen Versuchsdurchlauf mit PLA als Probematerial nachgewiesen werden. Jedoch konnten die Randbedingungen laut Norm nicht in vollem Umfang erfüllt werden. Dadurch wurde der Versuch nach der in der Norm festgelegten Mindestdauer von 45 Tagen abgebrochen. Die Ursachen für das ungültige Ergebnis konnten auf undichte Stellen und Bildung von Kondenswasser im Prüfaufbau zurückgeführt werden. Diese können durch einfache Maßnahmen optimiert werden. Die Ergebnisse der begleitenden Messungen zeigen eine eindeutige Veränderung der Kristallstruktur mit zunehmender Versuchsdauer. Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde ein Prüfaufbau zur Bestimmung und Quantifizierung der vollständigen biologischen Abbaubarkeit entwickelt. Durch die zusätzlichen von der Norm abweichenden Modifikationen kann und wird der Aufbau zukünftig zum besseren Verständnis des Kompostierungsprozesses von Kunststoffen beitragen.

AB - Als vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen werden immer häufiger Biokunststoffe im Verpackungsbereich eingesetzt. Neben dem thermischen und mechanischen Recycling bieten Biokunststoffe mit der organischen Verwertung eine zusätzliche Option der Abfallbewirtschaftung. Der zunehmenden Substitution von Verpackungen stehen Betreiber von Kompostanlagen jedoch sehr kritisch gegenüber, da die Rottezeiten in der Praxis oft wesentlich kürzer sind als die in der EN 13432 geforderten zwölf Wochen. Dadurch kommt es oft zu einem unvollständigen Abbau der Verpackungen, was negative Auswirkungen auf Qualität und Absatztauglichkeit des Komposts haben kann. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Prüfverfahren zur Bestimmung und Quantifizierung der vollständigen biologischen Abbaubarkeit von Kunststoffen zu entwickeln, am Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe zu implementieren und dieses auf Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Der Aufbau des Prüfstands sollte auch die Möglichkeit aufweisen, Veränderungen der Materialien (chemische Zusammensetzung, Kristallisationsgrad) während des Kompostierungsprozesses näher zu untersuchen. Dazu wurden zusätzliche Kompostiergefäße für begleitende Messungen (DSC, FTIR) im Prüfaufbau implementiert. In der vorliegenden Arbeit konnte die grundsätzliche Funktionsfähigkeit des eigens angefertigten Prüfaufbaus (in Anlehnung an EN ISO 14855-2:2018) durch einen Versuchsdurchlauf mit PLA als Probematerial nachgewiesen werden. Jedoch konnten die Randbedingungen laut Norm nicht in vollem Umfang erfüllt werden. Dadurch wurde der Versuch nach der in der Norm festgelegten Mindestdauer von 45 Tagen abgebrochen. Die Ursachen für das ungültige Ergebnis konnten auf undichte Stellen und Bildung von Kondenswasser im Prüfaufbau zurückgeführt werden. Diese können durch einfache Maßnahmen optimiert werden. Die Ergebnisse der begleitenden Messungen zeigen eine eindeutige Veränderung der Kristallstruktur mit zunehmender Versuchsdauer. Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurde ein Prüfaufbau zur Bestimmung und Quantifizierung der vollständigen biologischen Abbaubarkeit entwickelt. Durch die zusätzlichen von der Norm abweichenden Modifikationen kann und wird der Aufbau zukünftig zum besseren Verständnis des Kompostierungsprozesses von Kunststoffen beitragen.

KW - Biokunststoffe

KW - biologische Abbaubarkeit

KW - Polymilchsäure

KW - Bioplastics

KW - Biodegradability

KW - Polylactic acid

M3 - Masterarbeit

ER -