Nachhaltigkeit oder der lange Weg zur grünen Chemie
Wenn wir eine vollständig grüne und von fossilen Brennstoffen freie Chemie schaffen wollen, haben wir, um ehrlich zu sein, noch einen langen Weg vor uns. Die ersten Schritte wurden jedoch bereits unternommen. Derzeit konzentrieren sich die Bemühungen auf Folgendes:
- Verringerung des Anteils fossiler Energie und nicht erneuerbarer Rohstoffe.
- Nutzung von Nach-Gebrauchs-Abfällen, vor allem von Verpackungen, durch Sortierung und Recycling einiger Kunststoffarten.
Aber wenn wir eine 100-prozentige Kreislaufwirtschaft schaffen wollen, wird das nicht ausreichen.
Während die Energieversorgung durch erneuerbare Quellen, vor allem Wind, Wasser und Fotovoltaik, ersetzt werden könnte, lassen sich die Rohstoffe nicht so leicht ersetzen, da dies neue Synthesewege erfordert, angefangen bei:
- Alternative, aber erneuerbare Quellen, z. B. Holz, Stroh oder andere pflanzliche Quellen.
- Recycelte Materialien.
Werfen wir einen Blick auf den Status Quo des Recycling
Wenn wir über das Recycling von Verpackungsmaterialien nachdenken, werden nur wenige vollständig auf die gleiche Weise wiederverwendet, wie sie ursprünglich verwendet wurden. Alle unten aufgeführten Materialien gehören zu einer Gruppe, die in der westlichen Welt einen hohen Anteil an Recycling haben, basierend auf Post-Consumer-Sortier- und Sammelsystemen.
Aber was ist mit den Tonnen von Verbundwerkstoffen, die aus 5, 7 oder 9 Schichten verschiedener Kunststoffe bestehen, oder beschichteten Materialien und Verbundwerkstoffen, die als Konstruktionsteile im Maschinenbau, in der Automobilindustrie, im Gesundheitswesen und in anderen Branchen verwendet werden? Wie können sie über die energetische Verwertung/Verbrennung hinaus recycelt werden, die gegenwärtig die am häufigsten angewandte Methode ist? Andere Arten des Recyclings gibt es bereits, sie werden jedoch in geringerem Umfang genutzt.
Arten von Recycling
Kreislaufwirtschaft – Beispiel Polymere
Etablierte Verfahren für das Kunststoffrecycling
Lösemittelbasierte Reinigung (SBP)
Lösemittelbasierte Verfahren ermöglichen das Recycling von derzeit nicht wiederverwertbaren Kunststoffverbindungen. Bei dieser Art des Recyclings werden Verunreinigungen aus postindustriellen und postconsumer-Kunststoffen durch ein selektives Lösungsmittelauflösungsverfahren entfernt, wodurch Kunststoffe von geeigneter Qualität für die Wiederverwendung zurückgewonnen werden.
Das saubere Polymer kann durch Ausfällung aus der Lösung zurückgewonnen werden.
Es gibt mehrere Verfahren, die auf der Grundlage des lösungsmittelbasierten Recyclings von Kunststoffabfällen entwickelt worden sind.
- Das PureCycleTM-Verfahren von Proctor & Gamble verwendet ein Lösungsmittelauflösungsverfahren zur Rückgewinnung von neuwertigem, recyceltem Polypropylen (PP).
- Das Newcycling®-Verfahren der APK AG recycelt mehrschichtige Kunststoffe, um Polymere mit Eigenschaften zu erhalten, die denen von Neuware nahe kommen.
- Der CreaSolv®-Prozess von Fraunhofer löst gezielt Polymere aus Kunststoffabfällen, entfernt Verunreinigungen und fällte die resultierende Polymerfraktion aus.
- Polystyvert verwendet ein Lösungsmittel, um Polystyrolabfälle (PS) aufzulösen, Verunreinigungen aus der PS-Lösung herauszufiltern und das Polymer anschließend zu rekristallisieren.
- Das DEVO-Verfahren von Sulzer kann zum Beispiel für das Recycling von Textilabfällen eingesetzt werden.
Pyrolyse
Chemisches Recycling von Kunststoffen gewinnt aufgrund seines Potenzials, Kunststoffe in Kohlenwasserstoff-Bausteine umzuwandeln, immer mehr an Bedeutung.
- Naphtha
- Diesel
- Aromaten
- Wachse
Die Pyrolyse erfolgt bei hohen Temperaturen (500° C) und unter Ausschluss von Sauerstoff. Aufgrund der Beschaffenheit der Kunststoffabfälle enthält das Pyrolyseöl Verunreinigungen wie Schwefel, Stickstoff, Chlor und sauerstoffhaltige Verbindungen, die entfernt werden müssen, bevor das Pyrolyseöl in nachgeschalteten Prozessen verwendet werden kann.
Nach der Reinigung erhält man ein hochwertiges Kohlenwasserstoff-Rohmaterial, das zur Herstellung neuer Polymere verwendet werden kann, auch für Lebensmittelanwendungen, die hochreine Materialien erfordern. Die thermische Pyrolyse wird in der Regel für das Recycling derjenigen Polymere eingesetzt, für die eine Depolymerisation schwierig ist und die derzeit nicht mechanisch recycelt werden können (PE/PP/PS-Gemische, mehrschichtige Verpackungen und verstärkte Fasern).
Solvolyse
Bei der Solvolyse werden die hydrolysierbaren Bindungen eines Polymers in Gegenwart von eines Alkohols oder von Wasser, z. B.
- Beim Recycling von PET kann die Rückgewinnung verschiedener Monomere wie MEG, BHET, TPA oder DMT durch Solvolyse mit hoher Reinheit erreicht werden.
- Je nach gewünschtem Endprodukt wurden verschiedene Methoden und Synthesewege entwickelt.
- Beim Recycling von Polystyrol kann hochreines Styrol aus recyceltem PS selbst aus stark verunreinigtem Ausgangsmaterial gewonnen werden.
Die nächsten Schritte
Die Nutzung aller verfügbaren Recyclingmethoden und -verfahren wird dazu beitragen
- Erhöhung der Recyclingquoten von Materialien, die noch gar nicht recycelt werden.
- Senkung der Rate der energetischen Verwertung/Verbrennung.
- Annäherung an die Kreislaufchemie
Anja Fürbach, Market Intelligence Senior Expert
Quellen:
- https://www.careelite.de/kunststoff-recycling/;
- https://www.verpackungsregister.org/fileadmin/Auswertungen/ZSVR_Recycling-rates_2018_2020_EN.pdf;
- https://www.hunold-knoop.de/kunststoff-blog/kunststoff-recycling-3-methoden/;
- Angewandte Chemie Volume59, Issue36, September 1, 2020, Pages 15402-15423;
- Materials 2021, 14(17), 4782;
- https://doi.org/10.3390/ma14174782;
- https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201915651;
- https://www.mdpi.com/1996-1944/14/17/4782/htm;
- https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/ci/products/solvent-based-recycling-of-waste-plastics-199H.html;
- https://www.sulzer.com/en/shared/applications/solvent-based-recycling;
- https://www.mdpi.com/1996-1944/14/17/4782/htm, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201915651.
