Upcycling von Polystyrol

Aus Polystyrolabfällen lassen sich wertvolle chemische Bausteine rückgewinnen

31.07.2023 - USA

Polystyrol, der Grundstoff für Plastikgeschirr und Schäume, ist eines der am meisten verwendeten Polymere, kann aber bislang kaum recycelt werden. Ein amerikanisches Forschungsteam stellt nun in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen thermochemischen Recyclingansatz vor, bei dem aus Polystyrol in nur zwei Prozessschritten hochwertige Grundchemikalien hergestellt werden. Vor allem Pack- und Dämmstoffe könnten somit in eine echte chemische Kreislaufwirtschaft rückgeführt werden.

Mit der neuen „Degradation-Upcycling“-Technik (kurz: „Deg-Up“) könne aus Polystyrolabfällen eine Bibliothek aus hochwertigen aromatischen Chemikalien hergestellt werden, erläutern Guoliang Liu und seine Ko-Autor*innen von der Virginia Tech in Blacksburg (USA). Das funktioniere über zwei Stufen: Zuerst wird Polystyrol zu Benzol abgebaut, das in einem zweiten Reaktionsschritt noch im gleichen Reaktor chemisch verändert wird. Dabei entstehen Benzolderivate, die wichtige Grundstoffe für die Kosmetik- und Pharmaindustrie sind.

Um Polystyrol in seine Komponenten abzubauen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die aber zumeist teure Katalysatoren erfordern oder sehr energieintensiv sind. Liu und seine Kolleg*innen entwickelten nun ein thermochemisches Verfahren, das mit preiswertem Aluminiumchlorid als Katalysator funktioniert und bei moderaten 80 °C abläuft. Ein weiterer Vorteil sei die intelligente Nutzung des Lösungsmittels Benzol. „Nur das aus dem Polymer abgebaute Benzol wird in das gewünschte chemische Produkt umgewandelt. Nicht verwendetes Lösungsmittel wird in die Verarbeitung von mehr Polymerrohstoff recycelt“, sagt Liu.

Als Beweis für die Machbarkeit der Strategie löste das Team Polystyrolabfälle wie Verpackungsschaum oder Plastikgeschirr in Benzol auf und erwärmte die Mischung in einem Reaktor unter Luftausschluss mit Aluminiumchlorid als einzigem Reagenz. Das flüssige Produkt, hauptsächlich Benzol, konnte in hoher Ausbeute und Selektivität direkt zu höherwertigen Chemikalien umgesetzt werden.

Durch Zugabe des Reagenzes Acetylchlorid erhielt das Team zum Beispiel Acetophenon, das eine wichtige Grundchemikalie für die Kosmetik- und Pharmaindustrie ist. Mit dem ähnlichen Reagenz Oxalylchlorid entstand Benzophenon, ein Bestandteil von Sonnenschutzmitteln und wichtiges Kunststoffadditiv. Schwefelhaltige aromatische Produkte – zum Teil Hochleistungslösungsmittel für die Kunststoffindustrie – ließen sich ebenfalls mit einer hoher Selektivität aus den Polystyrolabfällen gewinnen.

Das neue Upcyling-Verfahren zielt darauf ab, großvolumige Polystyrolabfälle zu hochwertigen Chemikalien zu recyclen und anderen Prozessen zur Verfügung zu stellen. Besonders Schäume und Dämmstoffe eignen sich kaum für ein profitables mechanisches Recycling durch Sortierung, Zerschreddern und Transport zur Erzeugung neuer Werkstücke. Der hier vorgestellte Deg-Up-Prozess sei hingegen robust, toleriere Kontaminationen und eigne sich als Plattform für chemisches Upcycling großvolumiger Polystyrolabfälle.