Gesichtsmasken recyceln mit Filastruder: Nachhaltige Lösung

Die Gesichtsmaske, erste Verteidigungslinie gegen COVID-19-Ausbreitung, ein einfaches Gerät zum Schutz vor Einatmung und Übertragung infektiöser Erreger, hat das Leben von Milliarden Menschen weltweit beeinflusst.

Seit Pandemiebeginn war Maskennutzung Notwendigkeit und oft Pflicht – doch ihre Entsorgung stellt eine monumentale ökologische Herausforderung dar, die zugunsten drängenderer Belange weitgehend ignoriert wurde. Schätzungsweise 129 Milliarden Atemschutzmasken pro Monat weltweit, meist Einweg. Die Umweltauswirkungen dieses PSA (persönliche Schutzausrüstung) abzumildern, ist eine Großaufgabe – Masken brauchen > 400 Jahre zur Zersetzung.

Laut UNCTAD landen ca. 75 % der Masken und pandemiebedingten Abfälle auf Deponien oder in Ozeanen. Da sie weder verbrannt noch klassisch recycelt werden können – was tun?

Ein Forschungsteam der Universität Bristol (UK) fand eine Lösung: Chirurgische Masken sammeln und in 3D-Druckmaterial – Filament – verwandeln.

Erste Tests: Team kontaktierte PSA-Hersteller, der 1 kg defekter Masken (fehlende/lockere Nasenbügel) aus Polypropylen Typ IIR kostenfrei lieferte. Masken waren zertifizierte Chirurgieprodukte nach EN14683:2019 Typ IIR.

Bild 1: Für das Projekt bereitgestellte Masken. Quelle: Universität Bristol.

Erster Schritt (nach Entfernen von Ohrgummis und Nasenbügel-Metallfolie): Maskenstapel zwischen zwei Backpapierblättern mit Bügeleisen erhitzen.

Bild 2: Masken zu Platten verschmolzen. Quelle: Universität Bristol.

Sie schmelzen zu einer festen Platte – leichter zu verarbeiten, verhindert Verstopfen der Mahlmaschine. Platten durch Mixer zu feinen Pellets aus blauem Polypropylen für Extrusion verarbeiten.

Bild 3: Entstandene Pellets. Quelle: Universität Bristol.

Vor nächstem Schritt: Masken werden hohen Temperaturen ausgesetzt, die Forscher als ausreichend zur Abtötung von COVID-19-Erregern und Desinfektion erachten. Verwendete Masken waren jedoch unbenutzt.

Dritter Schritt: Pellets in die Maschine (Filamentziehmaschine) zur Filamentherstellung. Für Umwandlung in 3D-Druckfilament nutzten Forscher Filastruder – Open-Source-Produkt, stetig weiterentwickelt durch Community, die Designs und Konfigurationen teilt.

Bild 4: Filastruder. Quelle: Filastruder.

Filastruder produziert Filament on demand in gewünschter Farbe und Größe für jedes 3D-Projekt. Betrieb: Extrusionstemperatur einstellen, warten bis erreicht, Pellets und Farbstoffe in Trichter (kann Plastikflasche sein) geben, Getriebemotor starten. Für Wicklung und leichtere Weiterverarbeitung: Filawinder – speziell für Filastruder-Nutzer, wickelt Filament automatisch auf.

Bild 5: Filawinder. Quelle: Filastruder.

Empfehlung: Filastruder auf 1,5 m Höhe platzieren, Filament nach unten hängen lassen zum Abkühlen vor Bodenkontakt. Zugluft vermeiden – verursacht Oszillation und Verformung.

Team wählte vertikale Montage und druckte Trichter dafür. Düse 170 °C, Pellets → Filament. Ersttest: Filament nur 1,5 mm Ø im Mittel, aber Verfeinerung auf Standard 1,75 mm in tolerablem Bereich möglich – Düse modifiziert (1,75 → 1,9 mm gebohrt), stärkerer Vorschub entwickelt. Mit Extrusionsmultiplikator im Slicer gelang erfolgreicher Druck mit dünnem PP-Filament.

Bild 6: Vertikale Montage. Quelle: Universität Bristol.

Polypropylen (PP) gilt als schwer 3D-druckbar – schlechte Haftung auf gängigen Druckoberflächen. Aber gute Schichthaftung. Trick der Wissenschaftler: normales transparentes Klebeband auf dem Bett – oft auch PP-basiert. Damit war Druck mit rudimentärem Filament auf Low-Cost-Drucker einfach. Schlussfolgerung: Probleme liegen in Filamentproduktion, nicht im Druck damit.

Bild 7: Entstandenes Teil. Quelle: Universität Bristol.

Das gewonnene Filament, aufgewickelt, erreichte 7 Meter Länge. Das gezeigte Materialstück stammt aus weniger als einem Drittel einer einzigen Maske.

Nach diesem Erfolg prüfen Forscher neue Herausforderungen: Gemischte Materialien verarbeiten (Masken mit Bändern im selben Prozess), großskalige Automatisierung, universitäre Kreislaufwirtschaft für PSA-Verteilung, -Sammlung, -Recycling.

Ähnliche Projekte gibt es in Spanien.

Beispiel: Wissenschaftler der Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) entwickelten System für Maske aus benutzten Anti-COVID-Masken. Schichten aus recyceltem PP-Fasern aus sterilisierten OP-Masken. Schutzschicht mit Silberoxid- und Cernanopartikeln (antiviral/antibakteriell). Ziel: schützend, funktional, innovativ, nachhaltig. Recycling: Autoklav-Sterilisation → Granulierung zu PP-Pellets → Filament per 3D-Drucker → neue Maske. Schutzbeschichtung mit Ceriumoxid-/Silberionen erhöht antibakteriellen Schutz. Masken wiederverwendbar & recycelbar → Minimalabfall.

FILMA – 4-köpfiges Team – recycelt OP-Masken zu Filament für 3D-Drucker zur Neuproduktfertigung. Vor Filamentumwandlung: Desinfektion. Dann Materialtrennung, Schreddern zu Kleinteilen. Mit Kunststoffpellets mischen, in Extruder → Filament. Neben Eigenproduktion: Mit Marken Prozesse, Kampagnen, nachhaltige Produkte für Kreislaufwirtschaft in Unternehmen entwickeln – Commitment für nächste Generationen demonstrieren.