Zusammenfassung:
Kunststoffabfälle gelten oft als eine der am schwierigsten zu entsorgenden Arten moderner Abfälle, doch Wissenschaftler erforschen einen neuen Weg des chemischen Recyclings: die Verwendung von geschmolzenem Salz bei hoher Temperatur als Reaktionsmedium, um gewöhnliche Kunststoffe aufzuspalten und in wertvolle Brennstoffe und chemische Rohstoffe umzuwandeln. Im Vergleich zum herkömmlichen mechanischen Recycling erfordert diese Methode keine strenge Klassifizierung der Kunststoffe und kann auch verunreinigte oder gemischte Kunststoffabfälle oder aufgrund der Beschaffenheit des Materials schwer direkt zu recycelnde Kunststoffabfälle verwenden.
Derzeit ist die Menge an Plastikmüll, die jedes Jahr weltweit produziert wird, extrem groß, aber der Anteil, der tatsächlich in das Recyclingsystem gelangt, ist immer noch sehr gering. Große Mengen Plastik landen auf Mülldeponien oder werden direkt verbrannt, wodurch Kohlendioxid und andere Schadstoffe entstehen. Bei Mischkunststoffen aus unterschiedlichen Polymeren gestaltet sich das traditionelle Recycling besonders schwierig, da unterschiedliche Kunststoffe unterschiedliche Verarbeitungsprozesse erfordern.
Wissenschaftler haben daher nach einer chemischen Methode gesucht, die direkt mit gemischten Kunststoffen umgehen kann. Anstelle des Umschmelzens von Kunststoffen zu minderwertigem Recyclingkunststoff besteht das Ziel des chemischen Recyclings darin, lange Polymerketten auf molekularer Ebene aufzubrechen und sie wieder in kleinere Kohlenwasserstoffmoleküle umzuwandeln, um Kraftstoffe, Schmierstoffe oder andere chemische Rohstoffe zu gewinnen.
Der Kern dieser Forschung besteht darin, bei hoher Temperatur geschmolzenes Salz zu verwenden, um eine spezielle Reaktionsumgebung zu schaffen. Geschmolzenes Salz kann bei hohen Temperaturen flüssig bleiben, verfügt über gute Wärmeübertragungsfähigkeiten und kann an komplexen chemischen Reaktionen teilnehmen oder diese fördern. Die Forscher machten sich diese Eigenschaft zunutze, um den Abbau von Kunststoffpolymeren unter relativ kontrollierten Bedingungen zu ermöglichen.
Unter normalen Umständen bestehen Kunststoffe wie Polyethylen und Polypropylen aus sehr stabilen Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen. Für den effektiven Abbau dieser langkettigen Moleküle sind in der Regel höhere Temperaturen erforderlich. Obwohl dieser Prozess durch herkömmliches thermisches Cracken abgeschlossen werden kann, ist dafür häufig viel Energie erforderlich, die Produktzusammensetzung ist komplex und eine weitere Verarbeitung ist erforderlich.
Das geschmolzene Salzsystem kann eine gleichmäßigere Heizumgebung schaffen und die Kettenspaltungsreaktion von Kunststoffmolekülen fördern. Nachdem der Kunststoff in das Reaktionssystem gelangt ist, zerfallen die langkettigen Polymere nach und nach in kürzere Kohlenwasserstoffe und bilden schließlich flüssige und gasförmige Produkte, die weiterverarbeitet und genutzt werden können.
Einer der größten potenziellen Vorteile dieser Technologie besteht darin, dass sie den sehr teuren Vorverarbeitungsschritt im Kunststoffrecyclingprozess reduzieren kann. In der Realität handelt es sich bei Plastikmüll oft nicht um einen einzigen Stoff. Ein Abfallstück kann verschiedene Arten von Kunststoffen, Zusatzstoffen, Pigmenten und anderen Verunreinigungen enthalten. Wenn jedes Material einzeln sortiert werden müsste, würde dies die Kosten der Recyclinganlage erheblich erhöhen.
Die Idee der chemischen Transformation ist anders. Solange unterschiedliche Kunststoffe schließlich im selben Reaktionssystem zersetzt werden können, können einige der komplizierten manuellen Sortierschritte übersprungen werden. Das bedeutet, dass theoretisch gemischte Kunststoffe aus Hausmüll, Verpackungsmaterialien und anderen Konsumgütern als Rohstoffe für diesen Prozess dienen könnten.
Die Forscher interessieren sich insbesondere für Polyethylen und Polypropylen, da diese beiden Materialien einen großen Anteil des weltweiten Kunststoffabfalls ausmachen und außerdem Materialien sind, die in mechanischen Recyclingsystemen häufig mit wirtschaftlichen Problemen konfrontiert sind. Ihre chemischen Strukturen sind relativ stabil, was es schwierig macht, sie durch herkömmliche chemische Niedertemperaturverarbeitung direkt in wertvolle Produkte umzuwandeln.
Durch die Erhöhung der Reaktivität des geschmolzenen Salzsystems können Forscher die Kettenspaltung in diesen stabilen Polymeren fördern und Polymerketten, die ursprünglich Tausende oder sogar Zehntausende lang waren, in kleinere Moleküle umwandeln. Diese Moleküle können außerdem als Treibstoff oder Rohstoff für die petrochemische Industrie verwendet werden.
Die Bedeutung dieser Methode im Vergleich zur einfachen Verbrennung von Kunststoff besteht darin, dass der Kohlenstoff nicht sofort als Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben wird, sondern in neuen chemischen Produkten erhalten bleibt. Wenn diese Produkte wieder in das industrielle Produktionssystem gelangen können, besteht die Chance, dass der Kohlenstoff im Kunststoff wiederverwendet werden kann, anstatt auf einmal in die Umwelt freigesetzt zu werden.
Das bedeutet natürlich nicht, dass Kunststoffe nach einer solchen Behandlung automatisch zu „kohlenstofffreien Kraftstoffen“ werden. Wird das Endprodukt direkt verbrannt, gelangt der darin enthaltene Kohlenstoff dennoch als Kohlendioxid in die Atmosphäre. Daher gehört diese Art von Technologie genauer zum chemischen Recycling und zur Ressourcennutzung von Kunststoffabfällen, und ihre Umweltvorteile hängen weitgehend von der Energiequelle, der Reaktionseffizienz und der Verwendung des Endprodukts ab.
Forscher müssen auch das Problem des Recyclings der Salzschmelze selbst lösen. Der Betrieb im industriellen Maßstab erfordert das kontinuierliche Erhitzen großer Mengen an Reaktanten und die Sicherstellung, dass die Salzschmelze langfristig stabil bleibt. Zersetzt sich geschmolzenes Salz, wird es verunreinigt oder verliert es bei wiederholtem Gebrauch an Aktivität, können die Betriebskosten steigen.
Außerdem ist echter Plastikmüll weitaus komplexer als der reine Kunststoff, der im Labor gefunden wird. Tatsächlicher Abfall kann Metalle, Papier, Glas, Pigmente, Weichmacher, Flammschutzmittel und andere organische und anorganische Substanzen enthalten. Diese Inhaltsstoffe können die Reaktionseffizienz beeinträchtigen oder Nebenprodukte erzeugen, die eine zusätzliche Verarbeitung erfordern.
Daher besteht noch ein gewisser Abstand zwischen dieser Art von Technologie und einer großtechnischen kommerziellen Anwendung. Der Nachweis im Labor, dass ein bestimmter Kunststoff effektiv umgewandelt werden kann, bedeutet nicht, dass Industrieanlagen bereits Dutzende oder sogar Hunderte Tonnen gemischten Abfalls zu ausreichend niedrigen Kosten verarbeiten können.
Wenn diese Probleme gelöst werden können, könnte das chemische Recycling von geschmolzenem Salz eine wichtige Ergänzung zu herkömmlichen mechanischen Recyclingsystemen werden. Abfälle, die stark verunreinigt oder zu stark vermischt sind oder die auf herkömmliche Weise nicht zu Kunststoffprodukten verarbeitet werden können, können chemischen Verarbeitungsanlagen zugeführt werden, um auf molekularer Ebene wieder einen Gebrauchswert zu erlangen.
Diese Route verändert auch das traditionelle Verständnis der Menschen von „Kunststoffrecycling“. Recycling bedeutete in der Vergangenheit normalerweise das Zerkleinern, Reinigen, Schmelzen und anschließende Herstellen neuer Kunststoffprodukte. Chemisches Recycling ähnelt eher der „Demontage und Wiederverwendung“, bei der zunächst Polymere in ihre chemischen Grundbestandteile zerlegt und dann bei Bedarf Kraftstoffe oder andere chemische Produkte wieder hergestellt werden.
Da sich das globale Problem der Plastikverschmutzung immer weiter verschärft, glauben Wissenschaftler, dass es unwahrscheinlich ist, dass man sich in Zukunft auf eine einzige Technologie verlassen kann, um alle Plastikmüllprobleme zu lösen. Mechanisches Recycling eignet sich für relativ saubere, klar definierte Kunststoffe, während chemisches Recycling komplexere Mischabfälle verarbeiten kann, während Materialien, die vollständig nicht recycelbar sind, letztendlich möglicherweise dennoch andere Entsorgungsmethoden erfordern.
Wenn das Hochtemperatur-Salzschmelzverfahren die Energieeffizienz weiter verbessern, die Gerätekosten senken und das Recycling von Salzschmelze und Reaktionsprodukten erreichen kann, wird diese Technologie voraussichtlich einen neuen Weg für Kunststoffabfälle eröffnen, der sich von herkömmlichen Deponien und Verbrennungsanlagen unterscheidet. Was daran wirklich attraktiv ist, ist nicht einfach „die Umwandlung von Kunststoff in Kraftstoff“, sondern der Versuch, Kunststoffe, die ihren Recyclingwert auf molekularer Ebene verloren haben, wiederzuverwenden und so Langzeitabfälle in Kohlenstoffressourcen umzuwandeln, die immer noch einen wirtschaftlichen Wert haben.
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