Ein Forschungsteam der University of Adelaide in Australien hat kürzlich eine neue Studie veröffentlicht, in der es heißt, dass Forscher neue Möglichkeiten erkunden, Solarenergie zu nutzen, um Plastikabfälle in Wasserstoff, Synthesegas und andere Industriechemikalien umzuwandeln, und versuchen, gleichzeitig die beiden globalen Herausforderungen der Plastikverschmutzung und sauberer Energie anzugehen. Diese Forschung wurde von Xiao Lu, einem Doktoranden an der Universität Adelaide, geleitet und die relevanten Ergebnisse wurden in „Chem Catalysis“ veröffentlicht.
Untersuchungen zeigen, dass die weltweite jährliche Kunststoffproduktion 500 Millionen Tonnen überschritten hat, wovon Millionen Tonnen in der natürlichen Umwelt landen. Da gleichzeitig der weltweite Druck zur Emissionsreduzierung weiter zunimmt, wird es immer dringlicher, saubere Energielösungen zu finden, die fossile Brennstoffe ersetzen können. In diesem Zusammenhang ist das Forschungsteam davon überzeugt, dass kohlenstoff- und wasserstoffreiche Kunststoffe nicht nur als Umweltbelastung betrachtet werden sollten, sondern auch als verwertbare Ressource neu definiert werden können.
Den Forschern zufolge wird dieser technische Weg „solar-driven light reforming“ genannt. Das Grundprinzip besteht darin, lichtempfindliche photokatalytische Materialien zu verwenden, um Kunststoffe bei relativ niedrigen Temperaturen zu zersetzen und dabei Wasserstoff und andere chemische Produkte von industriellem Wert zu erzeugen. Unter ihnen gilt Wasserstoff weithin als einer der wichtigen sauberen Kraftstoffe, da er am Ende seiner Nutzung nahezu keine Emissionen verursacht.
Diese Methode erfordert weniger Energie als die herkömmliche Wasserspaltung zur Herstellung von Wasserstoff, da Kunststoffmaterialien anfälliger für Oxidation sind. Das Forschungsteam sagte, dass diese Funktion bedeute, dass die Technologie in Zukunft möglicherweise realistischer und für eine groß angelegte Anwendung realisierbar sei. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass einige Systeme nicht nur eine hohe Wasserstoffproduktionseffizienz erreichen, sondern gleichzeitig auch Kohlenwasserstoffe im Essigsäure- und Dieselbereich erzeugen können; Einige Geräte wurden sogar mehr als 100 Stunden lang ununterbrochen betrieben und zeigten eine kontinuierliche Verbesserung der Stabilität und Effizienz.
Allerdings geben Forscher auch zu, dass diese Technologie noch weit von einer flächendeckenden Umsetzung entfernt ist. Eines der Haupthindernisse besteht darin, dass die Zusammensetzung des Plastikmülls selbst komplex ist. Verschiedene Kunststoffarten verhalten sich beim Umwandlungsprozess unterschiedlich und auch Zusatzstoffe wie Farbstoffe und Stabilisatoren können den Reaktionsprozess stören. Um die Gesamtleistung und die Qualität des Endprodukts zu verbessern, sind daher effiziente Klassifizierungs- und Vorverarbeitungsverbindungen nach wie vor unverzichtbar.
Darüber hinaus ist auch die Frage, wie sich Photokatalysatoren mit höherer Leistung entwickeln lassen, ein Schwerpunkt der aktuellen Forschung. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass solche Materialien nicht nur eine hohe Selektivität aufweisen müssen, sondern auch in komplexen und rauen chemischen Umgebungen haltbar sein müssen, um eine Verschlechterung der Effizienz im Laufe der Zeit zu vermeiden. Den Forschern zufolge besteht noch immer eine deutliche Lücke zwischen aktuellen Laborergebnissen und realen Anwendungen. In Zukunft werden robustere Katalysatoren und ausgereiftere Systemdesigns benötigt, damit diese Technologie den Anforderungen der Industrialisierung hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit gerecht wird.
Neben dem Reaktionsprozess selbst ist auch die Produkttrennung ein großes Problem. Da bei dem Prozess oft ein Gemisch aus Gasen und Flüssigkeiten entsteht, erfordert die anschließende Reinigung oft mehr Energie, was die Nachhaltigkeitsleistung insgesamt schwächt. Um diese Probleme anzugehen, empfehlen die Forscher einen systematischeren und umfassenderen Ansatz, der Katalysatordesign, Reaktortechnik und Gesamtsystemoptimierung kombiniert und kontinuierliche Durchflussreaktoren, Systeme, die Solarenergie mit thermischer oder elektrischer Energie koppeln, sowie Methoden zur Prozessüberwachung auf höherer Ebene weiter untersucht.
Das Forschungsteam skizziert außerdem den zukünftigen Ausbaupfad dieser Technologie mit dem Ziel, in den nächsten Jahren eine höhere Energieeffizienz zu erreichen und die Entwicklung des Systems hin zu einem kontinuierlichen industriellen Betrieb voranzutreiben. Forscher sagen, dass die solarbetriebene „Plastic-to-Fuel“-Technologie bei anhaltender Innovation voraussichtlich eine wichtige Rolle beim Aufbau einer nachhaltigen, kohlenstoffarmen Zukunft spielen wird.