13.01.2023 - University of California, Riverside

Umwandlung von Kunststoffabfällen in einen wertvollen Bodenzusatzstoff

Neue Methode erzeugt nützliche Holzkohle aus Plastik- und Maisabfällen

Wissenschaftler der University of California, Riverside, sind der Suche nach einer Verwendung für die Hunderte Millionen Tonnen Plastikmüll, die jedes Jahr produziert werden und oft Bäche und Flüsse verstopfen und unsere Ozeane verschmutzen, einen Schritt näher gekommen.

In einer aktuellen Studie haben Kandis Leslie Abdul-Aziz, Assistenzprofessorin für Chemie- und Umwelttechnik an der UCR, und ihre Kollegen eine Methode zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in eine hochporöse Form von Holzkohle beschrieben, die eine beachtliche Oberfläche von etwa 400 Quadratmetern pro Gramm Masse aufweist.

Diese Holzkohle bindet Kohlenstoff und könnte dem Boden zugesetzt werden, um das Wasserrückhaltevermögen und die Belüftung von Ackerflächen zu verbessern. Außerdem könnte sie den Boden düngen, wenn sie sich auf natürliche Weise zersetzt. Abdul-Aziz wies jedoch darauf hin, dass noch weitere Untersuchungen durchgeführt werden müssen, um den Nutzen solcher Kohle in der Landwirtschaft zu belegen.

Das Verfahren zur Umwandlung von Kunststoff in Holzkohle wurde am Marlan und Rosemary Bourns College of Engineering der UC Riverside entwickelt. Dabei wurde eine von zwei gängigen Kunststoffarten mit Maisabfällen - den übrig gebliebenen Stängeln, Blättern, Schalen und Kolben - gemischt, die zusammen als Maisstroh bekannt sind. Die Mischung wurde dann mit hochkomprimiertem heißem Wasser gekocht, ein Prozess, der als hydrothermale Karbonisierung bekannt ist.

Die hochporöse Holzkohle wurde aus Polystyrol hergestellt, dem Kunststoff, der für Styroporverpackungen
verwendet wird, und aus Polyethylenterephthalat (PET), dem Material, das unter anderem zur Herstellung von Wasser- und Getränkeflaschen verwendet wird.

Die Studie schloss sich an einen früheren erfolgreichen Versuch an, Maisstroh allein zur Herstellung von Aktivkohle zu verwenden, die zum Filtern von Schadstoffen aus Trinkwasser eingesetzt wird. In der früheren Studie konnte die aus Maisstroh hergestellte und mit Kaliumhydroxid aktivierte Holzkohle 98 % des Schadstoffs Vanillin aus den Testwasserproben absorbieren.

In der Folgestudie wollten Abdul-Aziz und ihre Kollegen herausfinden, ob Aktivkohle, die aus einer Kombination von Maisstroh und Kunststoff hergestellt wird, ebenfalls ein wirksames Mittel zur Wasseraufbereitung sein könnte. Wenn ja, könnten Plastikabfälle zur Beseitigung der Wasserverschmutzung wiederverwendet werden. Die aus der Mischung hergestellte Aktivkohle absorbierte jedoch nur etwa 45 % des Vanillins in den Testwasserproben, was sie für die Wasserreinigung unwirksam macht, sagte sie.

"Wir vermuten, dass sich auf der Oberfläche der Materialien noch Reste von Kunststoff befinden könnten, die die Absorption einiger dieser (Vanillin-)Moleküle an der Oberfläche verhindern", sagte sie.

Dennoch ist die Fähigkeit, durch die Kombination von Kunststoff und pflanzlichen Biomasseabfällen hochporöse Holzkohle herzustellen, eine wichtige Entdeckung, wie in der in der Zeitschrift ACS Omega veröffentlichten Arbeit ausführlich dargelegt wird. Der Hauptautor ist Mark Gale, ein ehemaliger UCR-Doktorand, der jetzt als Dozent am Harvey Mudd College tätig ist. Der UCR-Doktorand Peter Nguyen ist Mitautor und Abdul-Aziz ist der korrespondierende Autor.

"Es könnte eine sehr nützliche Biokohle sein, da es sich um ein Material mit einer sehr großen Oberfläche handelt", sagte Abdul-Aziz. "Wenn wir es also bei der Verkohlung belassen und sie nicht in Aktivkohle umwandeln, gibt es viele nützliche Möglichkeiten, sie zu nutzen."

Plastik ist im Wesentlichen eine feste Form von Erdöl, die sich in der Umwelt ansammelt, wo sie Fische, Vögel und andere Tiere, die sie versehentlich aufnehmen, verschmutzt, verschluckt, erstickt und tötet. Kunststoffe zerfallen auch in Mikropartikel, die in unseren Körper gelangen und Zellen schädigen oder Entzündungs- und Immunreaktionen hervorrufen können.

Leider kostet das Recycling von gebrauchtem Plastik mehr als die Herstellung von neuem Plastik aus Erdöl.

Das Labor von Abdul-Aziz verfolgt einen anderen Ansatz für das Recycling. Es widmet sich der Aufgabe, schädliche Abfallprodukte wie Plastik und pflanzliche Biomasseabfälle durch Upcycling in wertvolle Rohstoffe umzuwandeln.

"Ich habe das Gefühl, dass wir eher einen agnostischen Ansatz für das Kunststoffrecycling verfolgen, wenn man es (zusammen mit Biomasse) verwenden kann, um den Boden zu verbessern", sagte sie. "Das ist unser Gedanke."

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