Die Zukunft der Composites hängt am Recycling

Faserverstärkte Kunststoffe  sind unverzichtbar für modernen Leichtbau – doch ihr Recycling bleibt eine Herausforderung. Was technisch längst möglich ist, scheitert oft an fehlender Infrastruktur und fehlenden Rücknahmesystemen. Dieser Beitrag zeigt, welche Verfahren heute einsatzfähig sind, welche Rolle Design-for-Recycling spielt und warum der systemische Umbau jetzt beginnen muss.

CFK (carbonfaserverstärkte Kunststoffe), GFK (glasfaserverstärkte Kunststoffe) und NFK (naturfaserverstärkte Kunststoffe) gelten als Schlüsselmaterialien für Leichtbau und Energiewende – in Windrädern, Elektroautos oder Flugzeugrümpfen. Doch das Recycling scheint bisher ungelöst: Die öffentliche Wahrnehmung ist geprägt von Bildern geschredderter Rotorblätter, von Meldungen über Gefahren durch faserhaltige Stäube oder viele Tonnen Abfall ohne Plan B. Parallel zur Kunststoff-Industrie scheinen Image-Probleme vorprogrammiert – möglicherweise bereits manifestiert, das sich in der ersten Einstufung von CFK im Rahmen der Altautoverordnung zeigten.

Es ist unstrittig, dass EU-weit die Kreislaufwirtschaft  gestärkt werden soll, doch nur ein Bruchteil der Hightech-Materialien, die mit hohem Energie- und Rohstoffeinsatz hergestellt wurden, werden heute tatsächlich im werterhaltenden Kreislauf geführt. Das eigentliche Hindernis dafür scheint aber nicht das Recycling selbst zu sein. Denn einige der notwendigen

Technologien sind mittlerweile dem Forschungsstadium deutlich entwachsen, an verbesserten Methoden wird weiterhin mit Hochdruck gearbeitet.

Die eigentliche Herausforderung scheint – wie auch in der Circular Economy für Kunststoffe zum Teil bis heute zu beobachten – eher systemischer Natur: fehlende Sammellogistik, mangelnde oder schwierige Produktkennzeichnung und damit keine erreichbare Sortenreinheit und eine Entkopplung von Design und Entsorgung.

Composites könnten zur Ressource und zum Leichtbau-Werkstoff der Zukunft werden – wenn sie richtig eingesetzt und behandelt werden. Schauen wir uns deshalb an, wo die Leichtbauwerkstoffe heute beim Thema Recycling stehen, welche Verfahren ausgereift sind und was sich ändern muss, damit zirkuläre Wertschöpfung für Composites mehr wird als ein politisches Schlagwort.

GFK: Masse mit Recycling-Lücke

Glasfaserverstärkte Kunststoffe sind die Arbeitstiere im Leichtbau und mengenmäßig die dominierende Untergruppe der Verbundwerkstoffe – in Bootsrümpfen, Rotorblättern, Fassadenplatten oder Fahrzeugkabinen. Doch gerade diese Massentauglichkeit macht GFK zu einem strukturellen Problem für die Kreislaufwirtschaft: Das Recycling ist aufwendig, der Materialwert eher gering – und die Verwertung von Recyclingmaterial heute oft noch ein Kompromiss: plakativ ausgedrückt eine Entscheidung zwischen Zement oder Parkbank.

Downcycling statt Rohstoffrückgewinnung

GFK-Abfälle aus Windkraftanlagen werden genauswenig systematisch erfasst wie diejenigen aus der Automobilindustrie. Anzunehmen ist, dass diese Stoffströme aus wirtschaftlichen Gründen häufig in Zementwerken landen – nicht, weil die Fasern zurückgewonnen werden sollen, sondern weil sie als Brennstoff- und Zuschlagsstoffersatz dienen. Die mineralischen Glasfasern gehen dabei in den für den Beton notwendigen Klinker über, organische Bestandteile liefern die Prozesswärme.

Durch die stoffliche Einlagerung von GFK in den Klinker können nicht nur fossile Brennstoffe, sondern auch Rohstoffe wie Sand oder Ton substituiert werden. Damit wäre zumindest ein indirekter Materialkreislauf etabliert – allerdings ohne Rückgewinnung der Fasern.

Beispiele wie das Unternehmen Neocomp in Bremen zeigen, dass solche Lösungen gerade auch regional möglich sind: Dort werden Rotorblattabfälle angenommen, zerkleinert und in Kooperation mit Zementwerken verwertet. Ein Modell der Abfallverwertung mit begrenztem Logistikaufwand – aber kein Recycling.

„Dieser Verwertungsprozess ist eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Alternative zu fossilen Brennstoffen.“ (Quelle: Neocomp)

Alternativ werden GFK-Abfälle mechanisch zerkleinert und als Granulat in einfacheren Produkten wiederverwendet. Wirtschaftlich lohnt sich das selten: Die Aufbereitungskosten liegen häufig über dem Wert der Rezyklate. Zudem werden die Fasern beim Mahlen so stark beschädigt, dass kaum mechanisch anspruchsvollen Anwendungen möglich sind – klassisches Downcycling.

Woran arbeitet die Forschung?

Forschungsinitiativen arbeiten an innovativeren Verfahren: Mikrowellenpyrolyse, Enzymzersetzung oder sogar magnetische Nanopartikel sollen die Trennung von Matrix und Glasfasern erleichtern. So testet etwa das spanische Aitiip Technology Center die gezielte Trennung durch Nanopartikel – mit dem Ziel, GFK sortenrein und rückgewinnbar zu machen. Viele der Verfahren befinden sich noch in der Entwicklung, aber einige Unternehmen nutzen etablierte Technologien der Trennung und arbeiten intensiv am Übergang in die industrielle Umsetzung oder sind sogar schon einen Schritt weiter. Ein Beispiel ist das als Start-up vor wenigen Jahren vorgestellte Unternehmen Composite Recycling – siehe Kasten.

Fehlender ökonomischer Anreiz

Im Gegensatz zu CFK fehlt bei GFK jedoch das Preisschild, das Recycling attraktiv machen könnte. Neue Glasfasern sind so günstig, dass Rezyklate kaum konkurrenzfähig sind. Auch deshalb ist der politische Druck aus gesetzlichen Regelungen hier besonders wichtig: Die Studie der AVK (Arbeitsgemeinschaft verstärkter Kunststoffe) von 2023 betont, dass ohne fördernde oder regulatorische Maßnahmen sowie klare Begriffsbestimmungen und Definitionen kaum Bewegung im Markt zu erwarten ist.

CFK: Premiumwerkstoff mit Gefährdungspotenzial?

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe sind Höchstleistungs-Werkstoffe. Sie sind besonders leicht, zugfest, chemisch resistent – und vergleichsweise teuer. Daran hat sich trotz wachsender Produktionskapazitäten weltweit bisher nichts Wesentliches verändert. Ihren Eigenschaften im Einsatz steht allerdings ein ebenso herausforderndes Recycling am Lebensende gegenüber: Die Rückgewinnung der Fasern ist technologisch anspruchsvoll, energieintensiv, komplex und bislang nur selten wirtschaftlich.

Bei nicht geschlossenen Wertstoffkreisläufen der Circular Economy sind die Gründe meist vielschichtig: Hohe Kosten, fehlende Sammelinfrastrukturen und mangelnde Produktkennzeichnung bremsen den Übergang zu weitgehend geschlossenen Wertstoffströmen der Kreislaufwirtschaft.

Im Falle der carbonfaserverstärkten Kunststoffe droht ein wachsender regulatorischer Druck: Die EU plant im Rahmen der überarbeiteten Altfahrzeugrichtlinie (ELV), Werkstoffe wie CFK künftig als „gefährlich“ einzustufen. Im Entwurf der neuen europäischen ELV-Verordnung („End-of-Life Vehicle – Altfahrzeugrichtlinie“) sind Carbonfasern, die beim Bearbeiten und Zerkleinern von CFK anfallen, in den Verdacht geraten, gesundheitsgefährdend zu sein. Die EU droht ab 2029 mit einem Nutzungsverbote in Fahrzeugen. Zu lesen ist, dass einige Stakeholder bereits nach Alternativen suchen, aber noch ist hierzu nichts geklärt, das Verbot weder ausgesprochen noch vom Tisch.

Fakt aber ist: CFK ist ein junger Werkstoff, Forschung zu seiner Auswirkung auf den Menschen ist notwendig. Nach Antworten suchen unter anderem seit 2022 Forschende des KIT mit weiteren Forschungs- und Industriepartnern im Verbundprojekt Carbon Fibre Cycle (CFC). Ungeklärte Fragen sind beispielsweise: Was passiert, wenn Personen diese Fragmente aus Carbonfasern und Kunststoffen bei der Verarbeitung oder beim Recycling einatmen? Geht von diesen Faserfragmenten eine gesundheitliche Gefährdung aus?

Die Klärung dieser Fragen ist wichtig, denn laut der AVK-Studie zum Recycling spielt – unabhängig von der Recyclingtechnologie – die Zerkleinerung als einer der Hauptstufen beim mechanischen Recycling oder als eine Vorbehandlungsstufe bei Pyrolyse oder Solvolyse eine besonders große Rolle.

Pyrolyse, Solvolyse und mechanische Zerkleinerung im CFK-Recycling

Bei der Pyrolyse werden bei Temperaturen zwischen 500 und 600 °C CFK-Abfälle unter Sauerstoffausschluss zersetzt. Die organische Matrix – Duroplast oder Thermoplast – verdampft, die Carbonfasern bleiben zurück. Industrielle Anlagen, etwa von Mitsubishi Chemical oder Carbon Cleanup, setzen dieses Verfahren ein. Die Energie stammt dabei zum Teil aus der Verbrennung der werkstoffeigenen Matrix – was die CO_₂-Bilanz dieses Recyclingverfahrens verbessert.

Bei der Solvolyse wird die Matrix durch Lösungsmittel aufgelöst. Die Fasern bleiben dabei nahezu unbeschädigt, die mechanischen Eigenschaften sind denen neuer Fasern sehr ähnlich. Allerdings: Bisher sind diese Verfahren auf Labor- oder Pilotmaßstab beschränkt.

Sanftere, biotechnologische Methoden, wie das Freilegen von Fasern mit Hilfe von Schimmelpilzen (Forschungsprojekt 01.01.2018 – 30.06.2020 am Hohenstein Institut) sind noch weit von der industriellen Reife entfernt.

Die einfachste Methode – aber auch die mit dem größten Downcycling-Effekt ist das mechanische Recycling: Die CFK-Teile werden zu Granulat oder Fasermehl verarbeitet und als Füllstoffe in Beton oder für thermoplastische Kunststoffe zur Verbesserung der Materialeigenschaften verwendet. Technisch ein gangbarer Weg, aber ökologisch bleibt die positive Wirkung begrenzt, da Fasern zerstört werden, die unter hohem Energieaufwand hergestellt wurde.

Die meisten Rezyklate und Halbzeuge – ob als Beimischung für die Prozesse SMC/BMC, als Organoblech, als Vlies oder Gewebe – erreichen nicht mehr die ursprüngliche Performance eines Höchstleistungswerkstoffs – auch wenn sie nach wie vor für technische Bauteile einsetzbar sind und auch dort gute mechanische Eigenschaften erzielen, die sie noch immer zu einem gut einsetzbaren Leichtbauwerkstoff machen.

Was fehlt ist der systemische Rahmen

Aufgrund des hohen Preises nativer Carbonfasern könnte ein Markt für Recyclingmaterialien durchaus vorhanden sein oder in Zukunft entstehen. Doch solange Rücknahmesysteme und Sortierlogistik ebenso fehlen, wie Produkt- und Werkstoffkennzeichnungen sowie Regeln für den Einsatz von Recyclingmaterial, bleibt hochwertiges CFK-Recycling eine Nische. Lösungsansätze wie mobile Pyrolyseanlagen, Recyclingpässe oder Design-for-Recycling in der Produktentwicklung existieren – sie müssen jedoch von der Ausnahme zur Norm werden. Nur so wird aus einem energieintensiven Werkstoff auch ein ökologisch tragfähiges Leichtbaumaterial der Zukunft.

NFK: Bio ist nicht immer nachhaltig …

Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) gelten als Hoffnungsträger für einen ökologisch verträglicheren Leichtbau. Flachs, Hanf oder Zellulose in Kombination mit Biokunststoffen wie PLA oder PBS versprechen eine nachhaltige Alternative zu Glas- oder Carbonfasern – mittlerweile sogar für Strukturbauteile im Fahrzeugbau. Doch so klimafreundlich die Fasern auch sein mögen: Ihre Recyclingfähigkeit hängt maßgeblich von der Kunststoffmatrix ab, was analog nicht nur für NFK, sondern auch für die anderen faserverstärken Kunststoffe gilt.

Unterschiede zwischen Thermoplasten und Duroplasten

Thermoplastische NFK, beispielsweise auf Basis von PLA (Polymilchsäure) oder PP (Polypropylen), lassen sich ähnlich wie herkömmliche Kunststoffe recyceln. Die Fasern werden beim Wiederaufschmelzen zwar etwas geschädigt, behalten aber ihre Verstärkungsfunktion für viele Anwendungen. Voraussetzung ist allerdings eine sortenreine Sammlung – und die fehlt bislang in fast allen Branchen. Duroplastische NFK hingegen sind de facto nicht recyclingfähig. Sie können nicht aufgeschmolzen oder chemisch gelöst werden – ein echtes Problem für die Kreislaufwirtschaft. Derzeit wird nur ein kleiner Teil der NFK-Abfälle stofflich verwertet.

Der größte Teil auch der NFK-Abfälle landet in der thermischen Verwertung, wo die Naturfasern zwar weitgehend CO₂-neutral verbrennen, die Kunststoffmatrix aber dennoch fossile Emissionen verursacht – sofern sie nicht biobasiert ist. Doch selbst dann ist die Klimaneutralität nur gewährleistet, wenn bei der Herstellung des biobasierten Kunststoffs Energie aus Wind und Sonne eingesetzt wurde.

Klimabilanz: Vorteil Naturfaser

Trotz begrenzter Wiederverwertbarkeit punkten naturfaserverstärkte Kunststoffe durch ihre Herstellungsbilanz: einen großen Teil der Treibhausgas-Emissionen können sie im Vergleich zu GFK und CFK bereits am Anfang ihres Lebens einsparen. Besonders relevant ist das für die Automobilindustrie, die zunehmend auf den CO₂-Fußabdruck entlang der gesamten Lieferkette achten muss – und diesen neben Recycling-Werkstoffen auch durch nachwachsende Rohstoffe senken kann.

Umso wichtiger wird die Wahl der richtigen Materialkombination: NFK mit Biokunststoffen oder kompostierbaren Harzen bieten nicht nur ökologische Vorteile, sondern auch technische Chancen für ein umweltfreundlicheres Ende des Lebenszyklus – etwa durch industrielle Kompostierung oder enzymgestützte Depolymerisation.

Die Herausforderung für das Recycling von naturfaserverstärkten Kunststoffen liegt also weniger in der Technologie als in der noch geringen Verbreitung: Es gibt bisher nur wenige Serienbauteile und deshalb kaum Rücknahmesysteme für naturfaserhaltige Bauteile, noch seltener eine sortenreine Erfassung. Pilotprojekte wie ARNIP  (Automatisiertes Recycling naturfaserbasierter Kunststoffteile) zeigen, dass das stoffliche Recyceln von NFK technisch machbar ist – doch die industrielle Umsetzung steht erst am Anfang.

Solange NFK-Bauteile im Altproduktstrom untergehen oder als gemischter Kunststoffabfall behandelt werden, bleibt ihre Kreislauffähigkeit Theorie und die klimapositiven Effekte verpuffen. Dabei könnten gerade sie zur Blaupause für nachhaltige Verbundwerkstoffe werden – wenn Design, Sammlung und Verwertung aufeinander abgestimmt sind.

Design ohne Rücksicht auf Recycling

Ein sehr großer Anteil aller Leichtbauteile wird noch immer ohne Berücksichtigung des Lebensendes entwickelt. Schwierigkeiten bereiten komplexe Multimaterialsysteme, unsichtbare Fasergehalte, fehlende Materialkennzeichnung, ungeeignete Produktionsprozesse: Was zu Beginn funktional oder leicht ist, entpuppt sich zuweilen am Lebensende als Entsorgungsproblem. Noch ist die Maxime Design-for-Recycling im industriellen Alltag die Ausnahme, eine Trendumkehr zeichnet sich hier nur langsam ab.

Spannenden Ansätze haben junge Unternehmen. Sie sehen diese Diskrepanz als Chance und entwickeln Ideen, die von Anfang an greifen. Ein Beispiel dafür ist das Start-up Holy Technology, das im Recyclingprozess die Fasern ohne Qualitätsverlust wiedergewinnen kann, wen zuvor das Bauteil entsprechend designed und produziert wurde.

Sammelstrukturen: Punktuell statt flächendeckend

Rücknahmesysteme für faserverstärkte Kunststoffe gibt es bislang nur in einzelnen Branchen – etwa bei CFK-Autoteilen in OEM-internen Kreisläufen. Für Rotorblätter, Sportgeräte, Fassadenelemente oder Möbelteile fehlt meist jede strukturierte Erfassung. Gemischte Abfallfraktionen machen ein hochwertiges Recycling faktisch unmöglich – oder unverhältnismäßig teuer.

Dabei gibt es auch hier vielversprechende Ansätze aus der Gründerszene: Die mobilen Pyrolyseanlagen für GFK des Unternehmens Carbon Cleanup können direkt beim Entsorgungsbetrieb aufgestellt werden. Das spart nicht nur Transportkosten (bis zu 40 Prozent), sondern erhöht auch die Wahrscheinlichkeit einer sortenreinen Zufuhr.

Recyclingpässe und Normung: Gute Idee, langsame Umsetzung

Der digitale Produktpass, eine einheitliche Materialkennzeichnung – das alles steht längst auf der Agenda der EU-Kreislaufwirtschaftsstrategie. Doch die Normierung stockt: Unterschiedliche Werkstoffsysteme und Herstellungsverfahren sowie fehlende rechtliche Standards erschweren die Umsetzung. Solange nicht klar geregelt ist, wie faserverstärkte Kunststoffe zu deklarieren und zu erfassen sind, bleibt die Rückverfolgbarkeit Zufall.

Fazit: Ohne Infrastruktur kein Recyclingmarkt

Technologien allein recyceln keine Werkstoffe. Erst wenn Sammelstrukturen, Designrichtlinien, wirtschaftliche Anreize und rechtliche Vorgaben ineinandergreifen, entsteht ein echter Recyclingmarkt. Das gilt so nicht nur für faserverstärkte Kunststoffe. Der technologische Fortschritt ist wichtig – aber nicht entscheidend. Die Frage ist dank vieler technischer Entwicklungen heute nicht mehr, ob CFK oder GFK recycelt werden können. Die Fragen sind wohin mit dem Recyclingmaterial, wie sind die Stoffströme des Kreislaufsystems geregelt – und wer zahlt?

Um diese Fragen sinnvoll anzugehen, bedarf es einer engeren Zusammenarbeit zwischen Herstellern, Anwendern, Entsorgern und Gesetzgebung. Denn nur so können die notwendigen Rahmenbedingungen geschaffen werden.

Ein Ansatz der das materialeffiziente Design-for-Reuse/Recycling ebenso belohnt wie Recycling verbindlich macht, könnte meines Erachtens einen entscheidenden Beitrag zu nachhaltigem Leichtbau herbeiführen. Werden solche Ansätze konsequent durchdacht und realisiert, können Unternehmen, die nachhaltige Designstrategien und /oder sinnvolle Recyclinglösungen umsetzen, auch wirtschaftlich profitieren. Gezielte Förderprogramme und Anreize könnten diese Entwicklung beschleunigen.

Denn ein funktionierender Recyclingmarkt für faserverstärkte Werkstoffe ist nicht nur ökologisch vorteilhaft, sondern kann auch ökonomisch gelingen, wenn er neue Märkte und Geschäftsmöglichkeiten wachsen lässt. Ob das langfristig erfolgreich ist – und für welche Werkstoffe aus der Familie der Composites – hängt davon ab, inwieweit es den Stakeholdern gelingt, Strukturen zu schaffen, die ökonomisch, technologisch und logistisch tragfähig sind. Denn nur durch eine ganzheitliche Betrachtungsweise und konsequente Umsetzung können faserverstärkte Kunststoffe nachhaltig und effizient recycelt werden. Um diese Werkstoffe auch in der Zukunft ganzheitlich sinnvoll zu nutzen, ist aber genau das unabdingbar.

Der Beitrag wurde auf Grundlage einer Deep-Research von ChatGPT erstellt. Neben den im Text verlinkten Webseiten wurden für den Beitrag außerdem folgende Quellen verwendet:

• AVK-Studie zum Composites-Recycling (2023)
• Composites United e.V.
• UBA-Studie „Möglichkeiten und Grenzen der Entsorgung carbonfaserverstärkter Kunststoffabfälle in thermischen Prozessen“ (2021):  (pdf-download)
• Fraunhofer ICT
• Fraunhofer LBF – Nachhaltigkeit & Recycling
• Fraunhofer IWU – Werkstoffkreisläufe
• Projekt RECREATE (Horizon Europe)
• ForCycle II – Bayern; MAI Carbon – CFK-Recycling;
• Nova-Institut – Renewable Carbon Initiative
• Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)
• CMC – Composites Market Reports
• BDI zum Digitalen Produktpass

Autor: Christine Koblmiller, Redakteurin, Gründerin, Fachjournalistin aus Leidenschaft und überzeugter Leichtbau-Fan.

Mit dem Metamagazin Leichtbauwelt.de habe ich 2018 ein neues Medienformat im B2B-Umfeld geschaffen. Leichtbauwelt ist Inspiration für Ihren Fortschritt und Wissen, wie’s leicht wird. Leichtbauwelt verlinkt, vernetzt und ordnet ein, verlagsunabhängig und transparent. Partei ergreife ich nur für den Leichtbau, von dessen Nutzen ich überzeugt bin.

Seit etwa 25 Jahren bin ich Redakteurin für technische B2B-Fachzeitschriften. Für verschiedene führende Fachmagazine habe ich als eBusiness-Projektmanager Industrie schon 2001 crossmediale Angebote eingeführt, denn die Digitalisierung aller Lebensbereiche hat Einfluss auf unser Informationsverhalten. Deshalb bin ich mir sicher, dass sich die Medienbranche wandeln muss. Mehr über mich finden Sie unter Conkomm, auf Xing oder LinkedIn.

„Leichtbau fasziniert und begeistert. Die Entwicklung von Leichtbauwelt über die letzten Jahre zeigt, dass der Markt unser Angebot braucht und gerne annimmt.“