25.02.2022 - University of Bath

Upcycling von Kunststoffen in wertvollere Materialien könnte dazu führen, dass sich Recycling bezahlt macht

Neue und einfache Methode zum Upcycling von Kunststoffabfällen bei Raumtemperatur

Ein neues und einfaches Verfahren für das Upcycling von Kunststoffabfällen bei Raumtemperatur wurde von einem Forscherteam des Centre for Sustainable and Circular Technologies (CSCT) an der University of Bath entwickelt. Die Forscher hoffen, dass das neue Verfahren dazu beitragen wird, das Recycling wirtschaftlich rentabel zu machen.

Kunststoffabfälle, die entweder auf Mülldeponien oder in der natürlichen Umwelt landen, überwiegen derzeit die gesamte lebende Biomasse (4 Giga Tonnen), was zu einer der großen Umweltherausforderungen des 21. Jahrhunderts führt. Während die Recyclingquoten in ganz Europa steigen, sind die traditionellen Methoden nach wie vor begrenzt, da die harten Bedingungen beim Umschmelzen die Qualität des Materials bei jeder Wiederverwendung verringern.

Jetzt haben Forscher am CSCT ein mildes und schnelles chemisches Recyclingverfahren für Polycarbonate entwickelt, eine robuste Kunststoffklasse, die häufig im Bauwesen und in der Technik verwendet wird.

Mit Hilfe eines Katalysators auf Zinkbasis und Methanol gelang es ihnen, handelsübliche Poly(bisphenol-A-carbonat)-Kügelchen (BPA-PC) innerhalb von 20 Minuten bei Raumtemperatur vollständig aufzuspalten.

Der Abfall kann dann in seine chemischen Bestandteile, nämlich Bisphenol A (BPA) und Dimethylcarbonat (DMC), umgewandelt werden, wodurch die Produktqualität über eine unendliche Anzahl von Zyklen erhalten bleibt.

Wichtig ist, dass die Rückgewinnung von BPA den Austritt eines potenziell schädlichen Umweltschadstoffs verhindert, während DMC ein wertvolles grünes Lösungsmittel und ein Baustein für andere Industriechemikalien ist.

Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift ChemSusChem veröffentlicht und weisen auf eine verbesserte Prozesseffizienz und mildere Bedingungen im Vergleich zu früheren Methoden hin.

Vielversprechend ist, dass der Katalysator auch gegenüber anderen kommerziellen BPA-PC-Quellen (z. B. CD) und gemischten Abfallstoffen tolerant ist, was die industrielle Relevanz erhöht, und dass er bei höheren Temperaturen auch für andere Kunststoffe (z. B. Poly(milchsäure) (PLA) und Poly(ethylenterephthalat) (PET)) geeignet ist.

Das Team hat außerdem einen vollständig kreislauforientierten Ansatz zur Herstellung mehrerer erneuerbarer Poly(esteramide) (PEA) auf der Grundlage von Terephthalamid-Monomeren aus PET-Abfallflaschen demonstriert. Diese Materialien haben hervorragende thermische Eigenschaften und könnten in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden, z. B. bei der Verabreichung von Medikamenten und der Gewebezüchtung.

Der leitende Forscher, Professor Matthew Jones vom CSCT der Universität Bath, sagte: "Es ist wirklich aufregend, die Vielseitigkeit unserer Katalysatoren bei der Herstellung eines breiten Spektrums von Produkten mit Mehrwert aus Kunststoffabfällen zu sehen.

"Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir solche Produkte, wo immer möglich, gezielt einsetzen, um die Einführung neuer nachhaltiger Technologien durch wirtschaftliche Anreize zu fördern und zu beschleunigen.

Der Erstautor des Papiers, Jack Payne vom CSCT, sagte: "Kunststoffe werden zwar eine Schlüsselrolle bei der Verwirklichung einer kohlenstoffarmen Zukunft spielen, aber die derzeitigen Praktiken sind nicht nachhaltig.

"In Zukunft müssen wir unbedingt Kunststoffe aus erneuerbaren Rohstoffen beziehen, die biologische Abbaubarkeit/Recyclingfähigkeit bereits in der Entwurfsphase berücksichtigen und die bestehenden Abfallbewirtschaftungsstrategien diversifizieren.

"Solche zukünftigen Innovationen sollten sich nicht nur auf neue Materialien beschränken, sondern auch etablierte Produkte einbeziehen.

"Unsere Methode schafft neue Möglichkeiten für das Recycling von Polycarbonat unter milden Bedingungen und trägt dazu bei, den Ansatz der Kreislaufwirtschaft zu fördern und Kohlenstoff auf Dauer im Kreislauf zu halten.

Bisher wurde die Technologie nur in kleinem Maßstab demonstriert, doch arbeitet das Team nun mit Mitarbeitern der University of Bath an der Optimierung des Katalysators und der Vergrößerung des Prozesses (300 ml).

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