Weltweit steigt die Nachfrage nach elektronischen Geräten. Um Brände zu verhindern, stecken in jedem von ihnen Flammschutzmittel. Eine mögliche Alternative zu den verbreiteten, aber problematischen bromierten Flammschutzmitteln sind phosphororganische Flammschutzmittel. Welche Umweltauswirkungen die beiden Mittel im Vergleich haben, untersuchte ein Fraunhofer-Institut im Auftrag von Clariant. Dabei standen Kunststoffbauteile wie Ladestecker für Elektroautos oder USB-C-Anschlüsse im Fokus.
Bromierte Flammschutzmittel sind derzeit am weitesten verbreitet, da sie schlicht sehr wirksam sind. Sie sind effizient herzustellen, bei hohen Temperaturen stabil und können kosteneffizient produziert werden. Zu finden sind sie in Automobilen, Elektronik, Textilien und Möbeln. Der weltweite Verbrauch von Flammschutzmitteln wird auf 2,4 Millionen Tonnen geschätzt. Mehr als die Hälfte davon stecken in elektrischen und elektronischen Anwendungen wie auch der E-Mobilität.
Doch bromierte – also halogenierte – Flammschutzmittel haben schädliche Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesundheit: Sie können in Boden, Wasser, Klärschlamm oder auch bei Wildtieren nachgewiesen werden. Zudem entstehen bei deren Verbrennung toxische Emissionen. Daher sind dringend weniger schädliche Flammschutzmittel notwendig.
Erste umfassende Studie
Bisherige Untersuchungen konnten zeigen, dass viele Phosphorverbindungen in flammhemmenden Anwendungen im Vergleich zu bromierten Flammschutzmitteln sicherer und weniger toxisch sind. Jedoch fehlten bisher ganzheitliche und quantifizierende Lebenszyklusuntersuchungen dieser Flammschutzmittel von der Wiege bis zur Bahre.
Das Fraunhofer-Institut für Umwelt, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) verglich nun im Auftrag von Clariant in einer Lebenszyklusanalyse erstmalig die Umweltauswirkungen von flammgeschützten Kunststoffen für Ladestecker und elektronische Geräte. Gleichzeitig ist diese Analyse Teil einer Fallstudie für die Europäische Kommission entsprechend der Leitlinie «Safe and Sustainable-by-Design», die Lebenszyklusbewertungen – und nicht nur die Toxizität – als Bewertungskriterium in der Chemikalienentwicklung vorsieht.
Clariant vermarktet die untersuchte Flammschutzformulierung unter dem Handelsnamen «Exolit OP 1400». Dieses enthält das Flammschutzmittel Diethylphosphinsäure (DEPAL) für dessen Herstellung u.a. gelber Phosphor, Natronlauge und Calciumhydroxid benötigt werden.
Ohne Antimontrioxid
Die Forschenden kamen zu dem Ergebnis, dass die Umweltbelastungen des Exolit OP 1400 insgesamt geringer ist und daher eine praktikable Alternative zu herkömmlichen bromierten Flammschutzmitteln in technischen Kunststoffen darstellt. «Der Einsatz von phosphororganischen Flammschutzmitteln wie Aluminiumdiethylphosphinat (DEPAL) verringert deutlich die negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Umwelt», erklärt Dr. Daniel Maga, Autor der Ökobilanzierung vom Fraunhofer Umsicht. Die Umweltvorteile bestehen vor allem in der Ressourcenschonung, da kein Antimontrioxid wie bei den bromierten Formulierungen benötigt wird. Antimon zählt seit 2010 zu den 14 von der EU als kritisch eingestuften Rohstoffen.
Der CO2-Fussabdruck der Phosphor-Alternative ist zwar nur geringfügig kleiner als der von bromierten Flammschutzmitteln, was vor allem auf die energieintensive Gewinnung von Phosphor aus Phosphatgestein zurückzuführen ist. Durch einen höheren Anteil erneuerbarer Energien in der Phosphorproduktion könnte dieser aber reduziert werden. Weiterhin ist die Entsorgung von Exolit OP 1400 weniger umweltbelastend und ermöglicht in der Zukunft eine bessere Kreislaufführung.
