Kunststoff steckt in erstaunlich vielen Dingen, die den Alltag zusammenhalten: in Autos und Maschinen, medizinischen Geräten, Kabeln, Kleidung und Verpackungen. An der TU Ilmenau wird deshalb nicht nur über Plastik als Wegwerfprodukt gesprochen, sondern über einen Werkstoff, der längst ganze Branchen prägt.

Prof. Dr. Florian Puch von der TU Ilmenau, dem TITK und PolymerMat nennt Kunststoff den „Werkstoff des 21. Jahrhunderts“. Mengenmäßig haben Kunststoffe die Metalle überholt. Viele heutige Anwendungen wären ohne sie nur eingeschränkt oder gar nicht möglich. Das klingt zunächst nüchtern, zeigt aber, wie tief das Material inzwischen in Infrastruktur und Forschung steckt.

Ein Material, viele Gesichter

Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff. Die zahlreichen Polymere können flexibel oder hochfest, temperaturbeständig, transparent oder elektrisch leitfähig sein. Durch Fasern, Additive und Materialkombinationen lassen sich ihre Eigenschaften gezielt anpassen.

Faserverstärkte Kunststoffe können in der Medizintechnik leicht und belastbar sein, etwa bei MRT-Liegen. In der Luftfahrt und im Fahrzeugbau helfen leichte Bauteile dabei, den Energieverbrauch zu senken oder Reichweiten zu erhöhen. Der Vorteil liegt also oft im Gewicht – und manchmal darin, dass eine Anwendung überhaupt erst praktikabel wird.

Die Kehrseite bleibt allerdings deutlich: Kunststoff wird überwiegend aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Nach der Nutzung kann er Umwelt und Ökosysteme belasten. Ob Recycling funktioniert, hängt stark vom jeweiligen Material und vom Produkt ab.

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Markus Schmuhl vom PolymerMat bringt es auf eine Formel: Kunststoff sei weder grundsätzlich gut noch böse. Entscheidend seien der Umgang damit und die fachgerechte Entsorgung. Nachhaltigkeit lässt sich demnach nicht allein daran messen, ob ein Produkt Kunststoff enthält. Langlebige Kunststoffprodukte können gegenüber kurzlebigen Alternativen Vorteile haben – vor allem dann, wenn sie wiederverwendet werden.

Erst vermeiden, dann verwerten

Marcus Cramer von KHW fordert, Kunststoff möglichst lange im Nutzungskreislauf zu halten, statt ihn nach einmaligem Gebrauch zu verlieren. Das TITK orientiert sich dabei an drei Prinzipien: Reduce, also Material einsparen oder Verpackungen vermeiden; Reuse, Produkte mehrfach verwenden; und Recycle, Materialien möglichst hochwertig zurückgewinnen.

Die Reihenfolge ist kein Zufall. Recycling braucht Energie, Technik und Infrastruktur. Laut TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer kann Kunststoffrecycling je nach Zusammensetzung technisch komplex und kostspielig sein. Für jede Anwendung müsse daher geprüft werden, welcher Kunststoff geeignet ist, welche Nutzung am Ende des Lebenszyklus möglich bleibt und ob hochwertiges Recycling technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.

Wenn Recycling nicht sinnvoll möglich ist, soll die Lebensdauer des Produkts möglichst verlängert werden. Bioabbaubare Kunststoffe können bei speziellen Anwendungen dennoch passen, etwa bei sehr dünnen Klebstoffschichten, deren Mikropartikel sonst in die Umwelt gelangen könnten. Eine pauschale Forderung nach biologisch abbaubaren Kunststoffen lehnt Redlingshöfer ab. Entscheidungen sollten technologieoffen sowie technisch und wissenschaftlich begründet sein.

Schon bei der Produktentwicklung soll Recyclingfähigkeit mitgedacht werden – „Design for Recycling“. Dazu gehören die Wahl des Basiskunststoffs, der Einsatz von Rezyklaten und die Entwicklung geschlossener Materialkreisläufe. Die entscheidenden Designentscheidungen fallen häufig beim Produktentwickler und nicht beim Kunststoffhersteller. Für Verpackungen, Medizinprodukte und Fahrzeugbauteile gelten schließlich unterschiedliche Anforderungen; eine einheitliche Lösung gibt es nicht.

Die nachhaltigste Variante ist deshalb nicht automatisch das Material mit der umweltfreundlichsten Außenwirkung, sondern jene Lösung, die über den gesamten Lebenszyklus sinnvoll ist. Das kann im Einzelfall heißen: weniger Material, längere Nutzung, Reparatur, Wiederverwendung oder ein hochwertiges Recycling.

Thüringen setzt auf Verarbeitung und Forschung

Thüringen ist kein Schwerpunkt der Produktion von Primärkunststoffen. Seine Stärken liegen vielmehr in der Kunststoffverarbeitung und -veredelung, in der Entwicklung von Bauteilen sowie im Werkzeug- und Maschinenbau. Hinzu kommen Material- und Verfahrensinnovationen und Anwendungen für Automotive, Medizintechnik und Maschinenbau.

Unternehmen, die ausschließlich nach Vorgaben großer Kunden produzieren, können laut Puch austauschbar werden. Eigene Verfahren, Produkte und Materiallösungen ermöglichen eine stärkere Differenzierung. Thüringen verfügt über eine umfangreiche Forschungslandschaft, die Unternehmen noch stärker für gemeinsame Entwicklungsprojekte und Innovationen nutzen könnten.

Auf der Arbeitsliste stehen Materialien, die effizienter eingesetzt werden, langlebigere und recyclingfähigere Produkte, alternative Rohstoffquellen und geschlossene Materialkreisläufe. Die Forschung soll technische Lösungen ermöglichen. Die Politik soll dafür geeignete Rahmenbedingungen schaffen und die unterschiedlichen Anforderungen der Anwendungen berücksichtigen.

Eine passende Leitfrage lautet: Welches Material erfüllt die Produktanforderungen mit dem geringsten Ressourcenverbrauch – und wie lässt sich sein Wert nach der Nutzung erhalten? Für Thüringen kann daraus eine wirtschaftliche Chance entstehen, wenn Materialwissen und innovative Technologien zu nachhaltiger Wertschöpfung verbunden werden.

Vom linearen System zum Kreislauf

Wie so ein Wandel organisatorisch und wirtschaftlich aussehen kann, untersucht auch der Fraunhofer Cluster of Excellence „Circular Plastics Economy“. Im November 2018 starteten die Fraunhofer-Institute UMSICHT, IAP, ICT, IML, IVV und LBF die gemeinsame Initiative. Fraunhofer UMSICHT übernimmt die Federführung.

Ziel ist der Wechsel von einer linearen zu einer zirkulären Kunststoffwirtschaft. Der Forschungscluster entwickelt dafür Systemleistungen und verbindet von Beginn an wissenschaftliche Forschung mit Business Development. So sollen marktrelevante Prototypen entstehen, nicht bloß Konzepte, die in Ordnern verschwinden.

Die Laufzeit beträgt fünf Jahre. Anschließend soll der Cluster als virtuelles Institut verstetigt werden. Fraunhofer UMSICHT lädt Unternehmen und wissenschaftliche Einrichtungen ein, dieses virtuelle Institut mitzugestalten und an Lösungen mitzuarbeiten.

Organisiert ist die Forschung in drei Divisionen und sechs Research Departments. Die beteiligten Institute bearbeiten gemeinsam Fragen entlang der gesamten Wertschöpfungskette: Polymere und Additive, Logistik, Recycling, Prototypenentwicklung sowie die begleitende Entwicklung von Geschäftsmodellen.

Der Schwerpunkt des Fraunhofer IML liegt auf der effizienten Vernetzung vorwärts- und rückwärtsgerichteter Logistik innerhalb der Wertschöpfungsnetze einer zirkulären Kunststoffwirtschaft. Dazu kommen die Digitalisierung der zirkulären Kunststoffwirtschaft, die Bewertung zirkulärer Produkte und Dienstleistungen sowie Geschäftsmodelle für die Circular Plastics Economy.

Gerade dieser Blick auf die Wege hinter dem Produkt ist entscheidend: Ein Materialkreislauf endet nicht am Mülleimer. Er braucht Rücknahme, Sortierung, Transport, Verarbeitung und Abnehmer für die gewonnenen Materialien. An der TU Ilmenau und in Thüringen treffen dafür Forschung, Verarbeitung, Maschinenbau und konkrete Anwendungen aufeinander – manchmal ziemlich sachlich, manchmal mit viel Tüftelei, aber immer mit der Frage, was aus dem Kunststoff nach seinem ersten Einsatz werden kann.