Wie können ABS-Materialien eine nachhaltige Industrie schaffen?

31. August 2023

12:11

Luca Chiochia, Business Development Manager bei ELIX Polymers, erläutert, wie ABS-Materialien eine nachhaltigere Industrie schaffen können.

Im Gesundheitssektor wächst die Nachfrage nach neuen, nachhaltigen ABS-Materialien für Anwendungen in Medikamentenverabreichungsgeräten. Aufgrund des Risikos einer Kreuzkontamination können die Anforderungen an die Einhaltung medizinischer Vorschriften jedoch mit mechanisch recycelten ABS-Materialien nicht vollständig erfüllt werden. Glücklicherweise sind bereits neue chemisch recycelte und biobasierte ABS-Materialien verfügbar, die die gleiche chemische Zusammensetzung und die gleichen Eigenschaften wie neues medizinisches ABS aufweisen. Dies bedeutet, dass sie die gleichen medizinischen Anwendungen erfüllen und die Anforderungen der medizinischen Vorschriften erfüllen. Alle Farben, die als neues medizinisches ABS erhältlich sind, können auch in der Bio-Circular-Version verwendet werden, was nicht nur die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, sondern auch die Verfügbarkeit leuchtender und intensiver Farben in chemisch recycelten ABS-Formulierungen gewährleistet. Diese Art von Farben können mit mechanisch recycelten Anteilen nicht erreicht werden.

Es bedarf einiger Klarstellungen, um zu verstehen, wie es möglich ist, dass chemisch recyceltes medizinisches ABS vollständig für medizinische Anwendungen geeignet ist und welche wesentlichen Nachhaltigkeitsvorteile es im Vergleich zu medizinischem ABS mit vollständig fossilem Ursprung hat.

Es gibt verschiedene Arten chemischer Recyclingtechnologien und verschiedene Arten von Abfällen, die chemisch recycelt werden können. In diesem Fall sprechen wir von chemischem Konversionsrecycling, bei dem der Zielabfall durch Pyrolyse (ein thermischer Zersetzungsprozess ohne Anwesenheit von Sauerstoff) zerlegt wird, um einen ölähnlichen Rohstoff zu erhalten. Sehr wichtig ist der Eintrittspunkt dieses Pyrolyseöls in die ABS-Polymer-Lieferkette, der ganz am Anfang (stromaufwärts) liegt. Dies bedeutet nicht nur vor der Herstellung der ABS-Ausgangsrohstoffe (Acrylnitril, Butadien und Styrol), sondern auch vor allen Schritten, die zur Herstellung dieser Rohstoffe erforderlich sind, ohne dass dabei Prozessänderungen vorgenommen werden. Die ISCC+-Zertifizierung mit Massenbilanzansatz garantiert den nachhaltigen nicht-fossilen Anteil, und die gesamte Lieferkette kann mit den bereits bestehenden Produktionsverfahren davon profitieren, ohne zunächst große Investitionen zu tätigen, die dies aus wirtschaftlicher Sicht unmöglich machen würden. Bereits die chemischen Recyclingprozesse selbst, die Umwandlung von Abfall in Pyrolyseöl, stellen verschiedene Arten teurer Alternativtechnologien dar, die von der Art des betrachteten Abfalls abhängen und optimiert und skaliert werden müssen, um chemisches Recycling wirtschaftlich machbar zu machen.

Ein Beispiel ist die Einbindung von Pyrolyseöl aus Altreifen in die Lieferkette der Styrolproduktion. Die einzige Änderung ist der teilweise Ersatz von Nafta-Öl durch Pyrolyseöl zur Beschickung des Dampfcracking-Prozesses, der zur Umwandlung der im Öl enthaltenen großen Kohlenwasserstoffe in kleinere erforderlich ist. Wie bei 100 % fossilem Öl können dieselben Moleküle wie Ethylen und Benzol extrahiert werden, wie dies auch bei mehreren anderen der Fall ist. Diese können als Reagenzien bei der Herstellung von Ethylbenzol verwendet werden und nutzen genau die gleichen Prozesse, die seit vielen Jahren für die fossile Version dieser Ausgangsstoffe verwendet werden. Der nächste Schritt in der Lieferkette ist die Produktion von Styrol, das ausgehend von Ethylbenzol mit dem ebenfalls gleichen und seit vielen Jahren optimierten Standardproduktionsprozess gewonnen wird. Der einzige Unterschied besteht darin, dass, wenn chemisch recycelte Anteile aus Altreifen anstelle von fossilen Anteilen vorhanden sind, jeder dieser Lieferkettenschritte von ISCC+ mit einem Massenbilanzansatz zertifiziert werden muss. Das Gleiche geschieht im folgenden Produktionsdurchgang beim ABS-Hersteller, wo Styrol als Rohstoff verwendet wird, der mit Butadien und Acrylnitril zu ABS polymerisiert wird.

ELIX Polymers war der erste ABS-Hersteller, der die ISCC+-Zertifizierung mit einem Massenbilanzansatz erhalten hat und ABS-Typen mit chemisch recyceltem Anteil auf den Markt gebracht hat. Medizinische Qualitäten wie ELIX M203FC und M205FC werden bereits seit vielen Jahren in medizinischen Anwendungen wie Medikamentenverabreichungsgeräten und Gehäusen für medizinische Geräte verwendet und sind jetzt mit einem ISCC+-zertifizierten Rohstoffanteil von bis zu 70 % (chemisch recycelter + biobasierter Anteil) erhältlich. , ISCC+-zertifiziert mit einem Massenbilanzansatz. Es kommen die gleichen speziellen GMP-Verfahren zum Einsatz, die auch für medizinisches ABS mit fossilem Anteil gelten, und es gibt keinen Unterschied in der chemischen Zusammensetzung, im Prozess oder in den Eigenschaften zwischen der fossilen und der chemisch recycelten Version.

Die medizinischen ABS-Formulierungen M203FC und M205FC von ELIX sind jeweils bei der FDA in den Drug Master Files (DMF-Typ III) Nr. 25288 und Nr. 25284 registriert. Diese Formulierungen können von den an den Zulassungsprozessen für Medizinprodukte beteiligten Behörden durch die Ausstellung eines Autorisierungsschreibens (LoA) überprüft werden, das ELIX dem interessierten OEM oder Hersteller medizinischer Geräte vorlegt.

Jedes DMF enthält alle detaillierten Formulierungsinformationen nicht nur zur medizinischen ABS FC-Zusammensetzung, sondern auch zu allen biokompatiblen Farbformulierungen, die für diese ABS FC-Klasse verfügbar sind. Wenn auf Kundenwunsch in regelmäßigen Abständen eine neue medizinische ABS-FC-Farbe entwickelt wird, bittet ELIX die FDA um die Genehmigung, diese spezifische Farbe in dieselbe FC Drug Master File aufzunehmen. Es dürfen nur zugelassene Farbpigmente innerhalb der maximal zulässigen Konzentrationen verwendet werden, Pigmente, deren Biokompatibilität zuvor in anerkannten Labors gemäß ISO 10993 getestet und mit dem entsprechenden ELIX Medical ABS FC-Material vorcompoundiert wurde.

Die ELIX ABS FC-Formulierungen mit chemischem Recyclinganteil (ISCC+-zertifiziert) durchlaufen den gleichen Prozess und werden schließlich bei der FDA im gleichen DMF M203FC oder M205FC registriert, ähnlich wie dies bei neuen medizinischen FC-Farben der Fall ist. Auf diese Weise sind alle Informationen zur spezifischen ABS-Materialzusammensetzung mit genauem chemischen Recyclinganteil und in der gewünschten Farbe in DMF #25288 (oder #25284 im Fall von ELIX M205FC) enthalten.

Nachdem besprochen wurde, wie es möglich ist, dass ein ISCC+-zertifiziertes medizinisches ABS mit recycelten Chemikalien den medizinischen Vorschriften und Gesundheitsanwendungen vollständig entspricht, ist es wichtig zu überlegen, welche Nachhaltigkeitsvorteile es im Vergleich zu einem vollständig auf fossilen Brennstoffen basierenden medizinischen ABS gibt. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Variablen sind die Art des verwendeten Abfalls, die Höhe der CO2-Emissionen im Zusammenhang mit dem Abfallrecyclingprozess, die Effizienz des Prozesses (welcher Prozentsatz des Abfalls kann verwertet werden) und das mögliche Vorhandensein biogener Inhaltsstoffe im Abfall selbst. Darüber hinaus kann aus der End-of-Life-Perspektive auch die CO2-Emissionsreduzierung durch den vermiedenen Müllverbrennungsprozess berücksichtigt werden, da dieser Schritt bei der Schaffung der Kreislaufwirtschaft entfällt.

Wenn der Abfall methodisch getrennt und nach Art sortiert wird, kann der entsprechende Recyclingprozess genau auf diese spezielle Abfallart abgestimmt werden, was zu einer konsequenten Reduzierung des erforderlichen Energieeinsatzes und der daraus resultierenden CO2-Emissionen führt. Wenn wir zum Beispiel Altreifenabfälle mit undefinierten gemischten Kunststoffabfällen vergleichen, hat ersteres kürzlich einen viel effizienteren chemischen Recyclingprozess eingeführt, mit viel geringeren CO2-Emissionen und ohne dass feste/flüssige Rückstände entstehen. Darüber hinaus verbessert die verwendete kontrollierte Quelle (nur Reifen) die Rückverfolgbarkeit des Prozesses, was ein großes Problem in der europäischen Reifenindustrie lösen würde.

Die durchschnittliche Reifenzusammensetzung aus dieser Altabfallquelle umfasst synthetischen Kautschuk, aber auch Naturkautschuk, Ruß, Textilfasern und Stahl. Mit dem identifizierten Recyclingverfahren kann auch Ruß zurückgewonnen werden, was einen zusätzlichen positiven Einfluss auf die Umwelt darstellt. Die während des Prozesses erzeugten flüchtigen Stoffe können wieder verwendet werden, um Energie in denselben Recyclingprozess einzuspeisen, wodurch die damit verbundenen CO2-Prozessemissionen reduziert werden. Darüber hinaus ist der Naturkautschukanteil in den Altreifen von großer Bedeutung. Naturkautschuk wurde früher aus Pflanzen gewonnen, und diese Pflanzen absorbierten während ihres vorherigen Lebens CO2-Emissionen, anstatt CO2 auszustoßen. Dieser biogene Anteil in Reifen leistet daher einen relevanten Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen.

Der prozentuale Anteil nachhaltig zertifizierter Rohstoffe in der medizinischen ABS-Zusammensetzung kann an die Nachhaltigkeits- und Wirtschaftsziele der OEMs angepasst werden. Beispielsweise sind ABS-Typen mit 25 %, 50 % oder bis zu 70 % ISCC+-zertifizierten Rohstoffanteilen (chemisch recycelt und/oder biobasiert) möglich, aber auch jede kundenspezifische prozentuale Konfiguration ist möglich. Sogar 100 % sind theoretisch eine mögliche Option und hängen von den verfügbaren chemisch recycelten Rohstoffquellen, dem zunehmenden Umweltbeitrag, dem neuesten Stand der Recyclingtechnologie, Skalensynergien und den damit verbundenen Kosten ab.

Am wichtigsten ist es, mit der Einführung einer solchen Lösung zu beginnen, bei der recycelter Abfall als Rohstoff verwendet wird, auch wenn dieser nur einen geringen Anteil aufweist. Dies wäre die richtige Einstellung, die in den kommenden Jahren einen einfacheren Übergang zur Verwendung nachhaltigerer medizinischer ABS-Materialien bei der Arzneimittelverabreichung und anderen medizinischen Geräten unterstützen wird.

31. August 2023

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