07.04.2022 - Rice University

Behandelte Kunststoffabfälle können Kohlendioxid gut binden

Labor der Rice University verwandelt schwer zu verarbeitenden Müll in ein Meisterwerk der Kohlenstoffabscheidung

Es gibt noch eine andere Möglichkeit, mit dem Berg an gebrauchtem Plastik umzugehen: Es soll überschüssiges Kohlendioxid aufnehmen.

Was wie eine Win-Win-Situation für zwei drängende Umweltprobleme aussieht, beschreibt die neu entdeckte chemische Technik eines Labors der Rice University, mit der sich Kunststoffabfälle in ein wirksames Kohlendioxid (CO2)-Sorptionsmittel für die Industrie verwandeln lassen.

Der Rice-Chemiker James Tour und seine Mitautoren, der Rice-Alumnus Wala Algozeeb, der Doktorand Paul Savas und der Postdoktorand Zhe Yuan, berichten in der Fachzeitschrift ACS Nano der American Chemical Society, dass durch Erhitzen von Kunststoffabfällen in Gegenwart von Kaliumacetat Partikel mit Poren im Nanometerbereich entstehen, die Kohlendioxidmoleküle einschließen.

Diese Partikel können zur Entfernung von CO2 aus Rauchgasströmen verwendet werden, so die Forscher.

"Punktuelle CO2-Emissionsquellen wie Kraftwerksschornsteine können mit diesem aus Kunststoffabfällen gewonnenen Material ausgestattet werden, um enorme Mengen an CO2 zu entfernen, die normalerweise in die Atmosphäre gelangen würden", so Tour. "Das ist ein großartiger Weg, um ein Problem, nämlich Kunststoffabfälle, mit einem anderen Problem, nämlich CO2-Emissionen, zu lösen."

Ein derzeitiges Verfahren zur Pyrolyse von Kunststoffen, das als chemisches Recycling bekannt ist, erzeugt Öle, Gase und Wachse, aber das Kohlenstoff-Nebenprodukt ist nahezu nutzlos, sagte er. Bei der Pyrolyse von Kunststoff in Gegenwart von Kaliumacetat entstehen jedoch poröse Partikel, die bei Raumtemperatur bis zu 18 % ihres Eigengewichts an CO2 aufnehmen können.

Während das übliche chemische Recycling für Polymerabfälle mit geringem gebundenem Kohlenstoffgehalt nicht funktioniert, um CO2-Sorptionsmittel zu erzeugen, wie z. B. Polypropylen und Polyethylen hoher und niedriger Dichte, die Hauptbestandteile von Siedlungsabfällen, eignen sich diese Kunststoffe besonders gut für die CO2-Bindung, wenn sie mit Kaliumacetat behandelt werden.

Das Labor schätzt die Kosten für die Abscheidung von Kohlendioxid aus einer punktuellen Quelle wie Rauchgas nach der Verbrennung auf 21 Dollar pro Tonne, was weitaus günstiger ist als das energieintensive Verfahren auf Aminbasis, das üblicherweise zur Abscheidung von Kohlendioxid aus Erdgas eingesetzt wird und 80 bis 160 Dollar pro Tonne kostet.

Wie aminbasierte Materialien kann auch das Sorptionsmittel wiederverwendet werden. Durch Erhitzen auf etwa 75 Grad Celsius wird das eingeschlossene Kohlendioxid aus den Poren gelöst, wodurch etwa 90 % der Bindungsstellen des Materials regeneriert werden.

Da es bei 75 Grad Celsius zyklisch arbeitet, reichen Polyvinylchloridbehälter aus, um die teuren Metallbehälter zu ersetzen, die normalerweise benötigt werden. Die Forscher stellten fest, dass das Sorptionsmittel voraussichtlich eine längere Lebensdauer als flüssige Amine hat und die Ausfallzeiten aufgrund von Korrosion und Schlammbildung verringert.

Zur Herstellung des Materials werden Kunststoffabfälle zu Pulver verarbeitet, mit Kaliumacetat gemischt und 45 Minuten lang auf 600 °C erhitzt, um die Poren zu optimieren, von denen die meisten etwa 0,7 Nanometer breit sind. Höhere Temperaturen führten zu breiteren Poren. Bei dem Verfahren entsteht auch ein Wachsnebenprodukt, das zu Reinigungs- oder Schmiermitteln recycelt werden kann, so die Forscher.

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