Kunststoff-Recycling

Viel zu schade für die Mülldeponie

Von Manfred Lindinger
13.12.2020
, 15:00
Leicht, robust und preiswert – Kunststoffe sind in vielerlei Hinsicht ideale Werkstoffe. Doch das Recycling gestaltet sich nach wie vor schwierig. Hoffnung machen neue Verfahren, die Plastikmüll effizient und günstig in wertvolle Chemikalien verwandeln können.

Lange Zeit wegen ihrer positiven Eigenschaften geschätzt, gelten viele Kunststoffe aufgrund ihrer langen Lebensdauer heute als ökologischer Sündenfall. Davon zeugen allein die vielen Millionen Tonnen Plastikmüll, die in den Ozeanen treiben. Trotz aller Maßnahmen, den Gebrauch von Tragetaschen und anderen Einwegprodukten zu reduzieren, wurden laut einer Erhebung des Statistischen Bundesamts allein in Deutschland im vergangenen Jahr 18,2 Millionen Tonnen an neuem Kunststoff produziert.

Nach dem Gebrauch lagert der überwiegende Teil auf Deponien oder landet in Verbrennungsanlagen.Der Anteil von Recyclingmaterial an der Neuproduktion von
Plastik ist noch immer gering. Denn die meisten der synthetischen Materialien lassen sich aufgrund der enthaltenen Zusätze und anderer Plastikprodukte im Sammelcontainer nur schwer oder gar nicht wiederverwerten. Eine geschlossene Kreislaufwirtschaft, bei der etwa aus einer Polyethylen-Flasche wieder eine Flasche oder aus einer Polypropylen-Verschlusskappe wieder eine ebensolche wird, bildet noch immer die Ausnahme.

Dabei sind viele Kunststoffe viel zu schade für den Mülleimer. Über Vergasung lassen sich aus ihnen Wasserstoff und Kohlenmonoxid gewinnen – zwei Gase, aus denen synthetische Treibstoffe hergestellt werden können. Über Pyrolyse gelingt es, die Kohlenwasserstoffketten wieder in ihre Grundeinheiten, die Monomere, zu zerlegen, die nach einer Reinigung wieder zu neuen Kunststoffen polymerisiert werden können. Die meisten Verfahren benötigen aber viel Energie, weshalb es noch immer wirtschaftlicher ist, Kunststoffe direkt aus Rohöl zu gewinnen. Um das Recycling ökonomisch attraktiver zu gestalten, wäre es sinnvoll, Kunststoffe wie Polyethylen, das 40 Prozent des Hausmülls ausmacht, in hochwertige Chemikalien zu verwandeln. Hier gibt es in jüngster Zeit vielversprechende Ansätze.

Aus Polyethylen wird Spülmittel

So haben Forscher vom KTH Royal Institute of Technology in Stockholm demonstriert, dass Tüten, Folien und Flaschen aus Polyethylen mit Hilfe von Mikrowellen und Salpetersäure in Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure umgewandelt werden können. Verbindungen, aus denen die Forscher Weichmacher für die Herstellung von Polymilchsäure gewinnen. Dass sich Polyethylen schon bei moderaten Temperaturen effizient in hochwertige aromatische Verbindungen für Reinigungs- und Pflegemittel verwandeln lässt, haben Forscher um Susannah Scott von der University of California in Santa Barbara gezeigt. Ihr Verfahren kommt ohne Lösungsmittel und Zusatzstoffe aus. Wasserstoff, den man üblicherweise zum Aufspalten von langen Polyethylenketten benötigt, muss nicht von außen zugeführt werden, sondern entsteht bei den Prozessen in ausreichenden Mengen.

Die Umsetzung findet in einem Reaktionsgefäß statt. Darin befinden sich fein verteilt pulverförmiges Polyethylen und der Katalysator – Nanopartikeln aus Aluminumoxid, auf deren Oberfläche Platinteilchen sitzen. Bei einer Reaktionstemperatur von nur 280 Grad werden die langen Polyethylenketten in kürzere Bruchstücke gespalten, die sich anschließend zu aromatischen Verbindungen oder einfachen zyklischen Kohlenwasserstoffen zusammenfinden. Entsprechende herkömmliche Verfahren erfordern Temperaturen zwischen 500 und 1000 Grad und sind wenig effizient.

Wie Scott und ihre Kollegen in der Zeitschrift „Science“ berichten, entstehen innerhalb von 24 Stunden im Reaktor 80 Prozent flüssige und wachsartige Kohlenwasserstoffe aus der Gruppe der Aromaten. Diese Verbindungen können mit Schwefel in biologisch abbaubare Tenside weiterverarbeitet werden. Durch eine Optimierung der katalytischen Prozesse könne das Produktspektrum weiter erhöht werden, schreibt der holländische Chemiker Bert Weckhuysen in einem Begleitkommentar. So ließen sich aus Polyethylen sogar die Verbindungen Benzol, Toluen, und Xylen gewinnen, woraus Polystyrol oder Polyurethan und Polyester hergestellt werden könnten.

Sollten sich die Ansätze auch großtechnisch verwirklichen lassen, könnte man einen Großteil des Polyethylens im Plastikabfall wiederverwerten. Das Ausgangsmaterial sollte auch hier möglichst rein sein und keine anderen Polymere enthalten, Dank moderner mechanischer, optischer und chemischer Trennverfahren gelingt es mittlerweile doch recht gut, die verschiedenen Kunststoffsorten im Hausabfall zu sortieren, zu reinigen, so dass sie gut recycelt werden können. Viele Recyclinghöfe scheuen allerdings den technischen Aufwand, wegen zu hoher Kosten.

Polymermix effizient getrennt und recycelt

Dass es sogar möglich ist, Verpackungsfolien, die aus verschiedenen Polymersorten bestehen, die auf klassischem Weg nicht getrennt werden können, in ihre Bestandteile aufzutrennen und wiederzuverwerten, haben kürzlich Chemiker aus Santa Barbara gezeigt. Mit solchen Folien werden für gewöhnlich Lebensmittel, Obst und Gemüse sowie medizinische Produkte verpackt, um sie vor Sauerstoff, Lichteinfall oder Feuchtigkeit zu schützen. Zum Recyclen nutzen die Chemiker um George W. Huber den Umstand, dass für jede Polymersorte ein optimales Lösungsmittel existiert, mit dem es aus einem Kunststoffgemisch herausgelöst werden kann.

Ihr Konzept haben die Forscher an einer Verbundfolie getestet, die aus den drei Polymeren Polyethylen, Ethylen-Vinylalkohol (EVOH) und Polyethylenterephthalat (PET) besteht. Im ersten Schritt haben sie mit einer Toluol-Lösung den Polyethylenanteil herausgelöst und separiert. Im darauffolgenden Durchlauf trennten sie mit einem anderen Lösungsmittel EVOH von PET ab. Die extrahierten Bestandteile lagen zum Schluss als Feststoffe vor. Jedes Polymer ließ sich zu hundert Prozent wiedergewinnen und wiederverwertet, etwa als Verpackungsmaterial, für neue Verbundfolien oder Flaschen,wie die Forscher in den „Science Advances“ schreiben.

Die Forscher um Huber wollen ihr Verfahren auf andere Verpackungsmaterialien ausweiten. Dazu bauen sie derzeit eine Datenbank auf, die Auskunft darüber geben soll, welche Lösungsmittel sich für welche Verbundfolien am besten eignen. Zu diesem Zweck haben die Forscher einen speziellen Algorithmus entwickelt, mit dem sich das chancenreichste Lösungsmittel ermitteln lässt. So kann man vielleicht eines Tages, die Massen an Verpackungsfolien – jedes Jahr werden weltweit davon etwa 100 Millionen Tonnen – großtechnisch recyceln. Angesichts der vielen Fortschritte scheint es nur noch eine Frage der Zeit, bis der stetig wachsende Plastikmüllberg endlich als Rohstofflager genutzt wird.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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