24.10.2019 - Chalmers University of Technology

Alle Kunststoffabfälle könnten durch fortgeschrittenes Steamcracking zu neuem, hochwertigem Kunststoff werden

Eine Forschungsgruppe an der Chalmers University of Technology, Schweden, hat ein effizientes Verfahren entwickelt, um Kunststoffabfälle auf molekularer Ebene abzubauen. Die entstehenden Gase können dann wieder in neue Kunststoffe umgewandelt werden - in der gleichen Qualität wie das Original. Das neue Verfahren könnte die heutigen Kunststofffabriken im Rahmen ihrer bestehenden Infrastruktur in Recycling-Raffinerien verwandeln.

Die Tatsache, dass Kunststoffe nicht zerfallen und sich daher in unseren Ökosystemen ansammeln, ist eines unserer größten Umweltprobleme. Aber bei Chalmers sieht eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Henrik Thunman, Professor für Energietechnologie, die Widerstandsfähigkeit von Kunststoff als Gewinn. Die Tatsache, dass es sich nicht verschlechtert, ermöglicht eine Kreislaufwirtschaft, die einen echten Wert für gebrauchte Kunststoffe und damit einen wirtschaftlichen Impuls zur Sammlung schafft.

"Wir sollten nicht vergessen, dass Kunststoff ein fantastisches Material ist - es gibt uns Produkte, von denen wir sonst nur träumen könnten. Das Problem ist, dass es so kostengünstig hergestellt wird, dass es billiger war, neue Kunststoffe aus Öl und fossilem Gas zu produzieren als aus der Wiederverwendung von Kunststoffabfällen", sagt Henrik Thunman.

Durch Experimente mit der chemischen Rückgewinnung durch Steamcracking von Kunststoffen haben die Forscher nun ein effizientes Verfahren entwickelt, um aus Altkunststoffen Kunststoffe in Neuware herzustellen.

"Durch die Wahl der richtigen Temperatur - etwa 850 Grad Celsius - und der richtigen Aufheizrate und Verweilzeit konnten wir das vorgeschlagene Verfahren in einem Maßstab demonstrieren, bei dem wir 200 kg Kunststoffabfälle pro Stunde in ein nützliches Gasgemisch verwandeln. Diese können dann auf molekularer Ebene zu neuen Kunststoffen in Neuware recycelt werden", sagt Henrik Thunman.

Die Experimente wurden in der Chalmers Power Central Anlage in Göteborg durchgeführt.

Im Jahr 2015 wurden weltweit rund 350 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle erzeugt. Insgesamt wurden 14 Prozent für die Materialrückgewinnung gesammelt - 8 Prozent wurden in Kunststoffe geringerer Qualität recycelt, und 2 Prozent in Kunststoffe ähnlicher Qualität wie das Original. Dabei gingen rund 4 Prozent verloren.

Insgesamt wurden 2015 rund 40 Prozent der weltweiten Kunststoffabfälle nach der Sammlung verarbeitet, hauptsächlich durch Verbrennung zur Energierückgewinnung oder Volumenreduzierung - unter Freisetzung von Kohlendioxid in die Atmosphäre.

Der Rest - etwa 60 Prozent - ging auf die Deponie. Nur etwa 1 Prozent wurden nicht abgeholt und landeten in der Natur. Obwohl nur ein kleiner Prozentsatz, stellt dies dennoch ein erhebliches Umweltproblem dar, da die Menge der Kunststoffabfälle insgesamt so hoch ist und der natürliche Abbau von Kunststoffen so langsam ist, dass sie sich mit der Zeit ansammelt.

Das aktuelle Modell des Kunststoffrecyclings folgt tendenziell der so genannten "Abfallhierarchie". Das bedeutet, dass der Kunststoff wiederholt in immer schlechterer Qualität abgebaut wird, bevor er schließlich zur Energierückgewinnung verbrannt wird.

"Stattdessen haben wir uns darauf konzentriert, die Kohlenstoffatome aus dem gesammelten Kunststoff zu erfassen und daraus einen neuen Kunststoff von ursprünglicher Qualität herzustellen, d.h. zurück an die Spitze der Abfallhierarchie, der echte Rundheit erzeugt."

Heute werden brandneue Kunststoffe hergestellt, indem fossile Öl- und Gasfraktionen in einem Gerät, das in petrochemischen Anlagen als Cracker" bekannt ist, zerschlagen werden. Im Inneren des Crackers entstehen Bausteine aus einfachen Molekülen. Diese können dann in vielen verschiedenen Konfigurationen kombiniert werden, was zu der enormen Vielfalt an Kunststoffen führt, die wir in unserer Gesellschaft sehen.

Um das Gleiche mit den gesammelten Kunststoffen zu erreichen, müssen neue Verfahren entwickelt werden. Was die Chalmers-Forscher nun präsentieren, sind die technischen Aspekte, wie ein solcher Prozess konzipiert und kostengünstig in bestehende petrochemische Anlagen integriert werden kann. Schließlich könnte diese Art der Entwicklung eine enorm bedeutende Umwandlung der heutigen petrochemischen Anlagen in zukünftige Recycling-Raffinerien ermöglichen.

Die Forscher setzen ihre Arbeit an dem Prozess fort.

"Wir gehen nun von den ersten Versuchen, die darauf abzielten, die Machbarkeit des Prozesses nachzuweisen, zu einem detaillierteren Verständnis über. Dieses Wissen ist notwendig, um den Prozess von einigen Tonnen Kunststoff pro Tag auf Hunderte von Tonnen zu steigern. Dann wird es kommerziell interessant", sagt Henrik Thunman.

Mehr über: Die Methode der Chalmers-Forscher und ihr Potenzial:

Das Verfahren ist auf alle Arten von Kunststoffen anwendbar, die aus unserem Abfallsystem resultieren, einschließlich solcher, die in der Vergangenheit auf Deponien oder auf See gelagert wurden.

Was den Einsatz von gesammelten und sortierten Kunststoffen in petrochemischen Großanlagen erst möglich macht, ist, dass eine ausreichende Materialmenge gesammelt wird, so dass die Anlagen theoretisch die gleiche Leistung erbringen können. Diese Anlagen benötigen rund 1-2 Millionen Tonnen sortierten Kunststoffabfall pro Jahr, um das Produktionsniveau zu erreichen, das sie derzeit aus Öl und fossilem Gas beziehen.

Schwedens Gesamtmenge an Kunststoffabfällen betrug 2017 rund 1,6 Millionen Tonnen. Nur etwa 8 Prozent davon wurden zu minderwertigen Kunststoffen recycelt.

Die Chalmers-Forscher sehen daher die Möglichkeit, einen zirkulären Einsatz von Kunststoff in der Gesellschaft zu schaffen und uns von der Notwendigkeit zu befreien, Öl und fossiles Gas zur Herstellung verschiedener hochwertiger Kunststoffe zu verwenden.

"Die Kreislaufwirtschaft würde dazu beitragen, dass gebrauchte Kunststoffe einen echten Wert und damit einen wirtschaftlichen Impuls für die Sammlung überall auf der Welt erhalten. Dies wiederum würde dazu beitragen, die Freisetzung von Kunststoff in die Natur zu minimieren und einen Markt für die Sammlung von Kunststoffen zu schaffen, die bereits die natürliche Umwelt verschmutzt haben, sagt Henrik Thunman.

Biobasierte Altmaterialien wie Papier, Holz und Kleidung könnten auch als Rohstoff für den chemischen Prozess verwendet werden. Das würde bedeuten, dass wir den Anteil fossiler Materialien in Kunststoffen schrittweise reduzieren könnten. Wir könnten auch negative Nettoemissionen verursachen, wenn dabei auch Kohlendioxid abgetrennt wird. Die Vision ist die Schaffung eines nachhaltigen Systems für kohlenstoffbasierte Materialien.

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