Wiederverwendung von Plastikmüll in der Infrastruktur

Jul 05, 2023

Die Stanford-Ingenieure Zhiye Li und Michael Lepech diskutieren über das Potenzial der Wiederverwendung von weggeworfenem Kunststoff in Infrastrukturanwendungen.

Die Stanford-Ingenieure Michael Lepech und Zhiye Li haben eine einzigartige Zukunftsvision: Gebäude und Straßen aus Plastikmüll.

Im Rahmen eines bundesstaatlichen Weißbuchs zur Bewertung der Möglichkeit der Verwendung von Plastikmüll in der Infrastruktur analysierten Stanford-Forscher ein Straßenprojekt in Kalifornien, bei dem Plastikflaschen im Asphalt verwendet wurden. (Bildnachweis: Caltrans)

In einem neuen Weißbuch im Auftrag der National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (NASEM) untersuchen Lepech und Li den aktuellen Status, die Herausforderungen und den Bedarf beim Recycling von Kunststoffen in einer Kreislaufwirtschaft und untersuchen die langfristige Haltbarkeit und Umweltfreundlichkeit Kosten dafür für den Einsatz in der Infrastruktur. Mithilfe einer Mischung aus Computermodellen, wissenschaftlicher Forschung, experimentellen und Felddaten sowie Interviews mit Interessenvertretern der Recyclingindustrie analysieren Lepech und Li Fallstudien, in denen Kunststoffabfälle für Fassadenplatten im San Francisco Museum of Modern Art und für Gehwege in einem kalifornischen Ministerium verwendet werden des Verkehrsstraßenprojekts. Ihre Ergebnisse deuten unter anderem darauf hin, dass recycelter glasfaserverstärkter Polymerverbundstoff – ein zugfester Kunststoff, der häufig in Auto-, Boots- und Flugzeugteilen verwendet wird – ein vielversprechendes Material für die Wiederverwendung in Gebäuden ist.

NASEM veröffentlichte das Weißbuch als Anhang zu seinem jüngsten Bericht an den Kongress, das US-Verkehrsministerium und die US-Umweltschutzbehörde und könnte es als Grundlage für Empfehlungen an politische Entscheidungsträger verwenden.

Im Folgenden diskutieren Lepech, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen, und Li, Postdoktorand für Bau- und Umweltingenieurwesen, über Hindernisse, Chancen und andere Aspekte der Umwandlung oder des Upcyclings von Kunststoffabfällen in wertvolle Materialien.

Was sind einige der größten Hindernisse für die Wiederverwendung von Kunststoffabfällen für Infrastrukturanwendungen?

Lepech: Eine der Herausforderungen, die wir und andere im Rahmen dieser Arbeit identifiziert haben, ist die schwierige wirtschaftliche und logistische Bewirtschaftung von Kunststoffabfallströmen aus Siedlungsabfällen. Der Materialfluss von Kunststoffabfällen ist sehr unterschiedlich. Seine Masse kann sich von Monat zu Monat ändern, ebenso wie die Art des Kunststoffs – zum Beispiel viele verschiedene Verpackungen.

Was ist mit den großen Chancen?

Lepech: Das Recycling ganzer Gebäude aus Polymerverbundwerkstoffen am Ende ihrer Nutzungsdauer könnte bahnbrechend sein. Das liegt daran, dass die Menge des Materials zusammen mit seiner wahrscheinlich einheitlichen Zusammensetzung das Recycling in einer anderen Infrastrukturanwendung erheblich erleichtern würde.

Li:Unser Papier gibt einige Empfehlungen: Verbessern Sie die Abfallsortierung, fördern und unterstützen Sie Innovationen im Kunststoff-Upcycling, richten Sie eine Leistungsdatenbank für bestimmte Kunststoffmischungen ein und erstellen Sie vorhersehbare Modelle für die Haltbarkeit dieser Materialien unter verschiedenen Nutzungsbedingungen.

Welche Lehren ergeben sich aus dem Upcycling von Kunststoffabfällen für die Infrastruktur für andere Kreislaufwirtschaftsbemühungen?

Li: Das Upcycling von recycelten Kunststoffen in der Infrastruktur ist ein Beispiel für die Schaffung von Werten durch die Schaffung von Nachfrage. Das mit recyceltem Kunststoff gemischte Baumaterial muss bestimmte Leistungsanforderungen erfüllen und geringere Auswirkungen auf die Umwelt haben als herkömmliche Baumaterialien. Unser Artikel zeigt, dass für einen Anwendungsfall mit längerer Lebensdauer – wie beispielsweise bestimmte Bauplatten aus gemischten Kunststoffverbundwerkstoffen oder Asphaltdecken – die erforderlichen Qualitäts- und Nachhaltigkeitsanforderungen besser erreichbar sind.

Das Upcycling von Kunststoffabfällen hat offensichtliche Vorteile für die Umwelt. Was sind die Geschäfts-/Gewinnvorteile?

Lepech: Unter den vielen potenziellen Vorteilen sehen Unternehmen, die Teil einer Wertschöpfungskette der Kreislaufwirtschaft sind, möglicherweise regulatorische Vorteile, wie etwa einen erweiterten Schutz einer expliziten oder impliziten Betriebslizenz oder eine größere Flexibilität bei Regulierungsbehörden. Es ist offensichtlich, dass betriebliche Effizienzsteigerungen möglich sind, wenn man sich nicht auf neue fossile Ressourcen verlässt. Aus der Sicht des Risikomanagements könnte das Risiko von Umweltnotfällen wie Ölverschmutzungen verringert und die Versicherungsprämien gesenkt werden. Es gibt sicherlich Wachstumschancen, wenn man Märkte anspricht, die Wert auf umweltfreundliche oder nachhaltige Produkte legen. Schließlich können Unternehmen, insbesondere bei umweltbewussten Unternehmen, mehr Klarheit in der strategischen Ausrichtung erreichen, wenn sie ihre Wertschöpfungsketten an der Unternehmensmission ausrichten.

Was sind über Gebäude und Straßen hinaus einige wichtige potenzielle Anwendungen für das Upcycling von Kunststoffabfällen?

Li: Das Upcycling von Kunststoffabfällen in der Infrastruktur stößt auf zunehmendes Interesse, da dadurch etwas von hohem Wert entsteht, für das ein großes Nachfragepotenzial besteht. Über Gebäude hinaus gibt es viele Anwendungen für die Wiederverwendung von Kunststoff, aber nicht viele, die so viel Plastikmüll verbrauchen oder so lange halten würden. Beispielsweise verbrauchen Verpackungen mehr als 60 % des weltweit recycelten Kunststoffs, haben aber eine kurze Lebensdauer. Einige Autoteile können aus recyceltem Kunststoff hergestellt werden, ihre Herstellung erfordert jedoch relativ wenig Kunststoff.

Lepech ist außerdem Fakultätsdirektor des Stanford Center am Incheon Global Campus, einem Forschungszentrum in Korea, das sich auf intelligente, nachhaltige Städte und städtische Gemeinschaften konzentriert, und Senior Fellow am Stanford Woods Institute for the Environment. Li ist außerdem Forscher am John A. Blume Earthquake Engineering Center in Stanford und am Stanford Center am Incheon Global Campus.

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Zhiye Li, School of Engineering: [email protected]

Michael Lepech, School of Engineering: (650) 724-9459; [email protected]

Rob Jordan, Stanford Woods Institute for the Environment: (650) 721-1881; [email protected]

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