Extrusion von Kunststoffen: Kosten für Energie und Verschleiß

Das Wichtigste auf einen Blick

• Energiekosten liegen meist zwischen 0,15 und 0,30 Euro je Kilogramm Extrudat.
• Der spezifische Energiebedarf beträgt typischerweise 0,5 bis 1,0 Kilowattstunden je Kilogramm.
• Verschleißkosten für Schnecken und Zylinderbuchsen reichen je nach Füllstoff von 0,002 bis 0,03 Euro je Kilogramm.
• Förderung für effiziente Antriebe und Wärmerückgewinnung bietet die KfW.

Energiekosten je Kilogramm Extrudat

Die Energieaufnahme eines Einschneckenextruders stammt überwiegend aus dem Antrieb. Dessen Rotationsenergie wird über Scherung und Reibung in Wärme umgesetzt und plastifiziert den Kunststoff. Zylinderheizungen liefern die Restwärme und decken die Aufheizphase ab. Trockner, Kühlwasserpumpen und Vakuumanlagen kommen als Nebenverbraucher hinzu.

Für ungefüllte Polyolefine reichen häufig 0,3 bis 0,5 Kilowattstunden je Kilogramm. Gefüllte und verstärkte Typen benötigen wegen höherer Schmelzeviskosität mehr. Rechnet man Trocknung, Kühlung und Peripherie mit, sind 0,5 bis 1,0 Kilowattstunden je Kilogramm ein belastbarer Planwert.

Der Arbeitspreis entscheidet über den Betrag. Das Statistische Bundesamt führt die Preisentwicklung für Energie und die konjunkturellen Daten der Industrie in seinen Themen Wirtschaft des Statistischen Bundesamts zusammen. Bei 0,20 bis 0,30 Euro je Kilowattstunde und einem Bedarf von 0,5 bis 1,0 Kilowattstunden je Kilogramm ergeben sich Energiekosten von 0,15 bis 0,30 Euro je Kilogramm.

Der Arbeitspreis enthält mehr als den Börsenstrompreis. Netzentgelte, Stromsteuer, Umlagen und Messkosten machen bei mittleren Abnahmemengen einen erheblichen Teil aus. Ein gleichmäßiges Lastprofil senkt die Netzentgelte, weil die Jahreshöchstlast die Kosten bestimmt.

Beispielrechnung für eine Folienanlage

Eine Anlage extrudiert 500 Kilogramm Folie je Stunde. Der spezifische Bedarf einschließlich Trocknung liegt bei 0,7 Kilowattstunden je Kilogramm. Das sind 350 Kilowattstunden je Stunde. Bei einem Arbeitspreis von 0,25 Euro je Kilowattstunde kostet die Stunde 87,50 Euro. Je Kilogramm sind das 0,175 Euro. Bei 6.000 Betriebsstunden im Jahr summiert sich das auf 525.000 Euro Energiekosten.

Verschleiß von Schnecke und Zylinder

Verschleiß entsteht durch abrasive Füllstoffe wie Glasfasern, Kreide oder Talkum, durch Korrosion und durch hohe Verarbeitungstemperaturen. Angegriffen werden Schneckenflügel, Zylinderbuchsen und Rückstromsperren. Nitrierte Stähle halten bei ungefüllten Typen lange, bei abrasiven Compounds sinkt die Standzeit auf einen Bruchteil. Bimetallausführungen kosten in der Anschaffung mehr.

Die Kosten je Kilogramm folgen aus Ersatzteilpreis und Standmenge. Beispiel: Eine Schnecke kostet 8.000 Euro, eine Zylinderbuchse 3.000 Euro. Bei 12.000 Betriebsstunden und 300 Kilogramm je Stunde laufen 3,6 Millionen Kilogramm durch die Maschine. Daraus ergeben sich rund 0,003 Euro je Kilogramm. Bei abrasiven Compounds mit einem Zehntel der Standzeit steigt der Wert auf 0,03 Euro je Kilogramm.

Ersatzteilkosten sind nur ein Teil. Ein verschlissener Extruder fördert ungleichmäßig, erzeugt Ausschuss und braucht mehr spezifische Energie. Druckmessung und Temperaturmessung sowie Schmelzefilter machen den Drift früh sichtbar. Gneuß Kunststofftechnik beschreibt Extruder, Schmelzefilter, Siebe und Sensoren für Prozessüberwachung und Filtration in der Extrusion.

Ansatzpunkte für niedrigere Kosten

Isolierte Heizbänder, Wärmerückgewinnung aus der Zylinderkühlung und drehzahlgeregelte Pumpen senken den Strombedarf ohne Eingriff in die Rezeptur. Gleichmäßige Auftragslage vermeidet Stillstandszeiten, in denen Heizung und Peripherie laufen, ohne Extrudat zu liefern.

Vor jeder Investition steht die Messung. Nur wer den Verbrauch je Kilogramm und je Stunde kennt, kann Einsparungen belegen und Förderanträge begründen. Eine erste Abschätzung liefert der Vergleich mit dem Nennstrom des Antriebs.

Der Einsatz von Rezyklat ersetzt teures Neuwaregranulat. Verwertungsmengen und Verwertungsarten von Kunststoffabfällen veröffentlicht das Statistische Bundesamt in der Abfallwirtschaft beim Statistischen Bundesamt. Rezyklate schwanken jedoch stärker in Qualität und Restfeuchte, was Trocknung und Filtration belastet.

Für Investitionen in effizientere Antriebe, Wärmerückgewinnung und Abwärmenutzung bündelt die KfW Förderangebote der KfW für Energieeffizienz und Umweltschutz. Antragsberechtigt sind Unternehmen, die in Deutschland investieren.

Häufige Fragen

Wie hoch sind die Energiekosten pro Kilogramm extrudierten Kunststoffs?

Je nach Anlage, Rezeptur und Strompreis liegen sie meist zwischen 0,15 und 0,30 Euro je Kilogramm. Bei einem Arbeitspreis von 0,25 Euro je Kilowattstunde und einem Bedarf von 0,7 Kilowattstunden je Kilogramm sind es 0,175 Euro.

Was kostet der Verschleiß von Schnecken und Zylindern?

Bei ungefüllten Polymeren liegt der Anteil häufig bei 0,002 bis 0,005 Euro je Kilogramm. Bei abrasiv gefüllten Compounds mit kurzen Standzeiten steigt er auf bis zu 0,03 Euro je Kilogramm.

Welche Sensoren helfen, den Verschleiß zu erkennen?

Druckmessung und Temperaturmessung an Zylinder und Werkzeug zeigen Drift im Prozess. Systeme von Kistler und anderen Anbietern erfassen Schmelzedruck und Temperatur direkt im Fluss.

Wie wirkt sich die Auslastung auf die Kosten aus?

Stillstand kostet Energie ohne Produktion. Bei 6.000 Stunden Laufzeit verteilen sich die Fixkosten auf 3.000 Tonnen, bei 4.000 Stunden auf 2.000 Tonnen. Je Kilogramm steigen die Energiekosten entsprechend.

Wie viel Energie lässt sich durch Wärmerückgewinnung sparen?

Die Zylinderkühlung gibt Wärme an das Kühlwasser ab. Wird diese Wärme zum Vortrocknen des Granulats oder zur Raumheizung genutzt, sinkt der Zukauf an Heizenergie. Der Stromeinsparung sind Grenzen gesetzt, weil die Schmelzeenergie überwiegend aus dem Antrieb stammt.