Das Recycling von Fasern – Was ist dabei zu beachten?

Faserverbundwerkstoffe durchlaufen die unterschiedlichsten Phasen während ihres Lebenszyklus. Angefangen bei der Produktion, über die Nutzung bis hin zur Wiederaufarbeitung im Rahmen des Recyclings. Es stellt sich nun jedes Mal die Frage: Sind die dabei freiwerdenden Fasern gesundheitsgefährdend?

Faser zum Bauteil

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) klassifiziert die Giftigkeit einer Substanz (Toxizität) von faserartigen Stoffen anhand der Geometrie des Fasermaterials und deren Größe. Damit eine Faser in die Atemwege gelangen kann, muss sie eine bestimmte Geometrie besitzen. Sofern Fasern in die Bronchien, Lunge oder gar Lungenbläschen gelangen, spielt die biologische Abbaubarkeit im menschlichen Körper eine weitere entscheidende Rolle. Dabei gelten Fasern, die einen Durchmesser von weniger als 3 μm und eine Faserlänge größer als 5 μm sowie ein Länge zu Durchmesser Verhältnis von 3 zu 1 aufweisen, als lungengängig und damit potenziell gesundheitsgefährdend [1], [2]. Bei der beschriebenen Geometrie besteht die Gefahr, dass sich die Fasern entlang des Luftstromes der eingeatmeten Luft ausrichten. Folglich können sie tief in die Lunge bis in die Lungenbläschen eindringen.

Freisetzung von Fasern aus der mechanischen Behandlung (Abbruch, Trennen, Schleifen und Bohren)

Während bei glasfaserverstärkten Kunststoffen bei der mechanischen Behandlung keine gesundheitlichen Risiken bekannt sind, hängt das Verhalten von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen stark von den Materialeigenschaften der eingesetzten Kohlenstofffasern ab [3], [4]. Aus diesem Grund setzt sich das Bauwesen insbesondere für den Einsatz von matten- und stabförmigen Bewehrungen aus Kohlenstofffasertypen ein, die kein kritisches Bruchverhalten zeigen. Damit wird sichergestellt, dass es während der mechanischen Bearbeitung über den Lebenszyklus hinweg zu keiner gesundheitlich relevanten Freisetzung lungengängiger und biobeständiger Faserstäuben kommt [5].

Unabhängig davon werden bei der mechanischen Behandlung von kohlenstofffaserverstärkten Bauteilen die Fasern in ihrer Größe und Geometrie verändert. Es entstehen – wie bei anderen Werkstoffen auch –Stäube und Faserbruchstücke, wodurch Arbeitsschutzmaßnahmen analog zu den bekannten und üblicherweise notwendigen  Maßnahmen des Bauwesens und Maschinenbaues zwingend beachtet werden müssen [6], [2].

Freisetzung von Fasern aus der thermischen Behandlung

Besonders herausfordernd bleibt zunächst die thermische Verwertung (Verbrennung) der kohlenstoffhaltigen Fasern. Anders als beispielsweise bei Fasern aus Glas, können kohlestofffaserverstärkte Bauteile nicht einfach thermisch verwertet werden. Bei unsachgemäßer thermischer Behandlung werden die Fasern unvollständig verbrannt und lediglich in ihrer Größe reduziert. So ist beispielsweise in konventionellen Verbrennungsanlagen für Haushaltsabfälle die Temperatur für die Verbrennung des Kohlenstoffes nicht ausreichend hoch. Dabei können kritische Fasern entsprechend der WHO-Definition entstehen [7].

Schlussfolgerung

Eine ordnungsgemäße Anwendung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen stellt für den Nutzer keine gesundheitliche Gefahr dar. Das setzt beispielsweise beim Umgang mit Carbonbeton die gleichen Anforderungen an den Arbeits- und Gesundheitsschutz voraus, wie bei herkömmlichem Stahlbeton. In Hinblick auf die Entsorgung ist derzeit zwingend eine unkontrollierte thermische Verwertung von kohlenstofffaserhaltigen Werkstoffen zu vermeiden. Deswegen ist es besonders wichtig, Produkte aus Kohlenstofffasern nicht mit dem Hausmüll zu entsorgen.

Stand 2021-03-25

Quellenverzeichnis

[1] Park S.-H., Types and Health Hazards of Fibrous Materials Used as Asbestos Substitutes, in Safety and Health at Work, 9/Nr. 3, 2018, S. 360-364, DOI: 10.1016/j.shaw.2018.05.001.

[2] Mattenklott M. und Gelder R. V., Carbonfasern und carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK), in Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft, 79/Nr. 9, 2019, S. 317-322, URL: https://www.dguv.de/medien/ifa/de/pub/grl/pdf/2019_124.pdf.

[3] Bienkowski N., Hillemann L., Steibel T., Kortmann J., Kopf F., Zimmermann R. und Jehle P., Bearbeitung von Carbonbeton – eine bauverfahrenstechnische und medizinische Betrachtung, in Bauingenieur, Jahresausgabe 2017/2018, Heft 10, 2017, S. 110-117.

[4] Westphal G., Monsé C., Walter D., Brüning T. und Bünger J., Gefährdungsanalyse für Carbonfaser-verstärkte Kunststoffe, in IPA-Journal, Nr. 1, 2019, S. 10-14. URL: https://www.ipa-dguv.de/medien/ipa/publikationen/ipa-journale/ipa-journale2019/documents/ipa_journal_1901_cfk.pdf.

[5] C³ – Carbon Concrete Composite e. V., Vernetzungsworkshop »Selbstverpflichtung – eine Notwendigkeit mit Nutzen« im Jahr 2019 und die darauf aufbauenden Arbeitstreffen zur »Selbstverpflichtung zur Verhinderung von Gefährdungen durch biobeständige, lungengängige Faserstäube bei der Carbonbetonbauweise« im Jahr 2019 und 2020.

[6] Göhler D. und Streibel T., Exponierung von Zellkulturen mit Stäuben aus der Bearbeitung von Carbonbetonmaterialien, in: C³ e. V., TUDALIT e. V. (Hrsg.): Tagungsband zu den 11. Carbon- und Textilbetontage am 24./25.09.2019 in Dresden, 2019, S. 116-117.

[7] Marco Limburg und Peter Quicker, Entsorgung von Carbonfasern, in: Energie aus Abfall 13, Hrsg. von Karl J. Thomé-Kozmiensky und Michael Beckmann, 2016, S. 135-144, URL: http://vivis.de/phocadownload/2016_eaa/2016_EaA_135-144_Quicker.pdf.