Durchbruch bietet endloses Recycling für Acrylkunststoffe ohne Umweltkosten
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Ein bahnbrechendes Verfahren für das chemische Recycling von Acrylglas - einem der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe - wurde von Forschern der University of Bath entwickelt.
Dr. Jon Husband, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Instituts für Nachhaltigkeit und Klimawandel an der Universität Bath (UK).
University of Bath
Im Gegensatz zum herkömmlichen mechanischen Recycling werden bei dieser Methode niedrigere Temperaturen und nachhaltige Lösungsmittel verwendet, ohne dass die Qualität des Materials beeinträchtigt wird, was bedeutet, dass der Kunststoff viele Male mit minimalen Umweltauswirkungen recycelt werden kann.
Acrylglas, das unter anderem unter den Markennamen Perspex und Plexiglas verkauft wird, wird aus dem transparenten thermoplastischen Kunststoff Polymethylmethacrylat (PMMA) hergestellt.
Jährlich werden weltweit etwa 3 Millionen Tonnen davon in einer Vielzahl von Anwendungen wie Automobilteilen, Bildschirmen und Baumaterialien verwendet.
Die in Nature Communications veröffentlichte Arbeit wurde von Dr. Jon Husband und Dr. Simon Freakley vom Institut für Nachhaltigkeit und Klimawandel (ISCC) der Universität geleitet und vom Direktor des Innovationszentrums für angewandte nachhaltige Technologien (iCAST), Professor Matthew Davidson, mitverfasst.
Dr. Jon Husband, Forschungsbeauftragter des ISCC, sagte: "Da die derzeitigen Recyclingmethoden sowohl energieintensiv als auch ineffizient sind, war die Nachfrage nach saubereren, effizienteren Recyclingtechnologien noch nie so groß wie heute.
"Das Recycling von Kunststoffen ist aufgrund der hohen Energiekosten und der geringen Qualität der Produkte nur schwer wirtschaftlich durchführbar; diese Arbeit befasst sich direkt mit diesen beiden Problemen".
Das Perspex-Problem
Die gängigste Recyclingmethode ist das mechanische Recycling, bei dem der Kunststoff zerkleinert oder geschmolzen wird, um ein Granulat für neue Verwendungszwecke herzustellen. Dies führt jedoch zu Verfärbungen und einer allmählichen Qualitätsverschlechterung, so dass das recycelte Material nicht mehr für glasähnliche Anwendungen wie Bildschirme oder Brillen verwendet werden kann.
In jüngster Zeit konzentriert sich die Industrie auf die Pyrolyse - das Erhitzen von Plexiglas auf 350-400 °C -, um den Kunststoff wieder in seine Monomerbausteine zu zerlegen, die dann von Grund auf neu und in unveränderter Qualität hergestellt werden können. Dieses Verfahren ist jedoch sehr energieaufwändig und wird leicht durch andere Kunststoffe verunreinigt.
Eine sauberere, sicherere Methode, Acrylkunststoffe zu "entpacken
Das neue, vom Team in Bath entwickelte Verfahren nutzt UV-Licht unter sauerstofffreien Bedingungen, um PMMA-Kunststoff in seine ursprünglichen Monomerbausteine aufzuspalten.
Entscheidend ist, dass die Chemie bei 120-180 °C funktioniert, also weit unter den 350-400 °C, die für das herkömmliche Recycling durch Pyrolyse erforderlich sind.
Dies senkt den erforderlichen Energieaufwand erheblich und verbessert sowohl die Umweltverträglichkeit als auch die kommerzielle Skalierbarkeit.
Hohe Ausbeute für echte Kreislaufwirtschaft
Der neue Ansatz ermöglicht eine über 95 %ige Umwandlung des Kunststoffs und liefert mehr als 70 % Monomer, das dann gereinigt und zu neuwertigen" Materialien repolymerisiert werden kann.
Dr. Simon Freakley sagt: "Die Entwicklung neuer chemischer Recyclingverfahren ist wichtig, weil dadurch Abfälle wieder in neue, unverfälschte Materialien umgewandelt werden können, anstatt in minderwertige Materialien, die letztendlich entsorgt werden müssen.
"Mit dieser Methode können wir hochwertige Monomere aus gebrauchtem PMMA zurückgewinnen, was einen klaren Weg zu echter Kreislaufwirtschaft bei Acrylmaterialien eröffnet."
Skalierbares, nachhaltiges Kunststoffrecycling
Die Entdeckung des Bath-Teams geht über eine gleichzeitige Entdeckung von Forschern der ETH Zürich im Bereich des PMMA-Recyclings hinaus, die auf UV-aktivierten chlorierten Lösungsmitteln basiert, um die Depolymerisation voranzutreiben.
Im Gegensatz dazu ist das Verfahren des Bath-Teams mit nachhaltigeren Lösungsmitteln kompatibel und öffnet die Tür zu umweltfreundlicheren, einfacheren und industriell praktikableren Recyclingrouten.
Derzeit kann das Team einige Gramm echter Kunststoffabfälle auf einmal recyceln. Die Forschung wird fortgesetzt, um die Effizienz zu verbessern und den Prozess zu skalieren.
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