Wissenschaftler verwandeln einen der weltweit am meisten verhassten Kunststoffe in ein Premium-Schmiermittel
Sie entdecken etwas, das weitaus vielversprechender ist als eine Recyclingmethode
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Der Chemiker und Chemieingenieur Guoliang „Greg“ Liu von der Virginia Tech und sein Forschungsteam haben ein Verfahren entwickelt, mit dem der Kunststoff Polyvinylchlorid (PVC) in Polyalphaolefin umgewandelt wird, einen wichtigen Bestandteil von Schmierstoffen wie Motoröl.
Die am 5. August in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichte Forschungsarbeit könnte dazu beitragen, zwei ökologische Herausforderungen zu bewältigen: das Recycling eines der weltweit am schwierigsten zu verwertenden Kunststoffe und die Herstellung eines wertvollen Industriematerials.
Aufgrund seines Chlorgehalts und der Vielzahl an Additiven, die von verschiedenen Herstellern verwendet werden, gehört PVC zu den am schwersten zu recycelnden Kunststoffen. Infolgedessen landet ein Großteil davon auf Deponien.
Gleichzeitig ist die Herstellung von Schmierstoffen wie Motoröl mit hohen Umweltkosten verbunden, und die Nachfrage danach steigt. Durch die Umwandlung von PVC-Abfällen in einen wichtigen Schmierstoffbestandteil bietet das Verfahren des Liu-Labors einen möglichen Weg, Plastikmüll zu reduzieren und gleichzeitig ein hochwertiges Produkt zu schaffen.
Schmierstoffe mögen zwar oft unbemerkt bleiben, doch sie sorgen dafür, dass die Welt reibungslos läuft. Motoröl kommt in allen möglichen Geräten zum Einsatz – von Rasenmähern über Personenkraftwagen bis hin zu Düsentriebwerken –, weshalb eine zuverlässige Versorgung mit Schmierstoffkomponenten branchenübergreifend unerlässlich ist.
Das Liu-Labor hat ein wirksames Verfahren entwickelt, mit dem sich das bereits alarmierende Problem der Kunststoffverschmutzung möglicherweise umkehren lässt.
Das Team nimmt das PVC, das man zu Hause in Rohrleitungen, Fensterkonstruktionen und sogar auf Kreditkarten findet, und gibt es in ein Lösungsmittel. Aluminiumtrichlorid und Alpha-Olefine werden hinzugefügt, und die gesamte Mischung wird drei Stunden lang auf 158 Grad Fahrenheit erhitzt. Das aus dem Lösungsmittel extrahierte Produkt ist ein relativ dickflüssiges Öl – ein Schmierstoff.
„Erstens haben wir bewiesen, dass es machbar ist, Kunststoffabfälle zur Herstellung von Hochleistungsschmierstoffen zu nutzen. Zweitens sind diese Schmierstoffe umweltfreundlich und können den wachsenden Anforderungen des Marktes an Nachhaltigkeit gerecht werden“, sagte Liu.
Die Idee für das Verfahren entstand aus früheren Veröffentlichungen des Teams in den Fachzeitschriften „Science“und„Nature Sustainability“, in denen es um die Umwandlung anderer Arten von Kunststoffabfällen in Tenside wie Seife und Waschmittel ging. Als sich dies als erfolgreich erwies, richteten die Forscher ihr Augenmerk auf PVC.
„Wir wollen dazu beitragen, das Recycling und Upcycling von PVC zu verbessern“, sagte Liu.
Um das Projekt voranzutreiben, stellte Liu ein Team aus Doktoranden zusammen. Er beauftragte Eric Munyaneza Nuwayo, einen Doktoranden im letzten Jahr seines Promotionsstudiums, die Leitung des Projekts zu übernehmen. Connor S. Thompson, ein Doktorand am Fachbereich Chemie, hatte sich ursprünglich auf ein anderes Forschungsprojekt konzentriert. Als Liu eine neue Richtung vorschlug, nahm Thompson die Herausforderung an.
Zum Team gehörte auch Abby Civiello, eine Doktorandin im ersten Jahr, deren Beiträge im Labor schnell einen wesentlichen Einfluss hatten.
„Ich habe sie oft als die drei Musketiere bezeichnet“, sagte Liu.
Die Teammitglieder begannen damit, die PVC-Moleküle in etwas anderes umzuwandeln und mit den Materialien zu experimentieren.
„Die Idee war einfach. PVC, als eine der reaktivsten Formen von Polyethylen, sollte sich leicht in andere Moleküle umwandeln lassen, indem man die Chloratome durch andere Gruppen ersetzt“, sagte Liu.
Trotz aller Bemühungen war das Material, das sie herstellten, nie wirklich funktionsfähig. Es war immer weich – ein wenig klebrig – und nicht so leistungsfähig, wie sie es sich gewünscht hatten.
„Eines Tages wurde mir klar: Wenn dieses Polymer so klebrig und so weich ist, warum zerlege ich die Polymerketten dann nicht einfach weiter in kleinere Segmente?“, sagte Liu.
Doch als die Teammitglieder den Prozess weiterentwickelten, PVC in neue Moleküle umwandelten und die Leistungsfähigkeit des resultierenden Produkts testeten, wurde Liu klar, dass sie etwas weitaus Vielversprechenderes als eine Recyclingmethode entdeckt hatten.
Er wandte sich an Kollegen auf diesem Gebiet, um genau zu klären, was sie geschaffen hatten. Liu schickte Proben des Öls an Ali Erdemir von der Texas A&M University, und die Forscher dort testeten die Endprodukte. Außerdem arbeitete Liu gemeinsam mit William Goddard vom Caltech an chemischen Berechnungen. Sein Kollege Xi Chen von der Virginia Tech unterstützte das Team schließlich aus wirtschaftlicher und produktionstechnischer Sicht und erarbeitete Modelle dafür, wie dieses Öl in großem Maßstab hergestellt werden könnte.
Der nächste Schritt, so Liu, bestehe darin, das Schmiermittel noch nachhaltiger und zugänglicher zu machen.
„Schmierstoffe sind die stillen Helden da draußen. Oft nehmen wir ihre Existenz gar nicht wahr, aber sie sind da draußen und leisten still ihre Arbeit. Wir wollen das Öl in größerem Maßstab produzieren können, um mehr Menschen auf der Welt zu erreichen“, sagte Liu.
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