Neues Recyclingverfahren könnte Märkte für "Müll"-Plastikabfälle finden
Ein neues Kunststoffrecyclingverfahren reduziert die Emissionen um 60 Prozent und ermöglicht die Wiederverwendung von Materialien wie Kunststofffolien, Mehrschichtmaterialien und farbigen Kunststoffen
Obwohl viele Amerikaner ihren Plastikmüll jede Woche pflichtbewusst in die entsprechenden Tonnen werfen, sind viele dieser Materialien, darunter flexible Folien, mehrschichtige Materialien und viele farbige Kunststoffe, mit herkömmlichen mechanischen Recyclingverfahren nicht recycelbar. Letztendlich werden nur etwa 9 Prozent der Kunststoffe in den Vereinigten Staaten wiederverwendet, oft in minderwertigen Produkten. Mit einer neuen Technik verwandeln Chemieingenieure der University of Wisconsin-Madison jedoch minderwertige Kunststoffabfälle in hochwertige Produkte.
Geringwertige Kunststoffabfälle können in einem neuen, von Forschern der UW-Madison entwickelten Verfahren in hochwertige Chemikalien umgewandelt werden.
Joel Hallberg
Die neue Methode könnte die wirtschaftlichen Anreize für das Kunststoffrecycling erhöhen und eine Tür für das Recycling neuer Kunststoffarten öffnen. Die Forscher schätzen, dass ihre Methode auch die Treibhausgasemissionen aus der konventionellen Produktion dieser Industriechemikalien um etwa 60 Prozent reduzieren könnte.
Die neue Technik stützt sich auf eine Reihe bestehender chemischer Verarbeitungstechniken. Die erste ist die Pyrolyse, bei der Kunststoffe in einer sauerstofffreien Umgebung auf hohe Temperaturen erhitzt werden. Das Ergebnis ist Pyrolyseöl, ein flüssiges Gemisch aus verschiedenen Verbindungen. Pyrolyseöl enthält große Mengen an Olefinen - einer Klasse von einfachen Kohlenwasserstoffen, die ein zentraler Baustein der heutigen Chemikalien und Polymere sind, darunter verschiedene Arten von Polyestern, Tensiden, Alkoholen und Carbonsäuren.
Bei den derzeitigen energieintensiven Verfahren wie dem Dampfkracken werden Olefine hergestellt, indem Erdöl extrem hoher Hitze und hohem Druck ausgesetzt wird. Bei diesem neuen Verfahren gewinnt das Team der UW-Madison Olefine aus Pyrolyseöl zurück und verwendet sie in einem viel weniger energieintensiven chemischen Prozess, der homogenen Hydroformylierungskatalyse. Bei diesem Verfahren werden Olefine in Aldehyde umgewandelt, die dann weiter zu wichtigen Industriealkoholen reduziert werden können.
"Diese Produkte können zur Herstellung einer breiten Palette von höherwertigen Materialien verwendet werden", sagt George Huber, Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen, der die Arbeit zusammen mit dem Postdoktoranden Houqian Li und dem Doktoranden Jiayang Wu geleitet hat.
Zu diesen höherwertigen Materialien gehören Inhaltsstoffe, die zur Herstellung von Seifen und Reinigungsmitteln verwendet werden, sowie andere nützlichere Polymere.
"Wir sind wirklich begeistert von den Auswirkungen dieser Technologie", sagt Huber, der auch das vom Energieministerium finanzierte Zentrum für das chemische Upcycling von Kunststoffabfällen leitet. "Es handelt sich um eine Plattformtechnologie zur Aufwertung von Kunststoffabfällen durch Hydroformylierung."
In den letzten Jahren haben mindestens zehn große Chemieunternehmen Anlagen zur Herstellung von Pyrolyseölen aus Kunststoffabfällen gebaut oder Pläne dafür angekündigt. Viele von ihnen lassen das Pyrolyseöl durch Steamcracker laufen, um geringwertige Verbindungen herzustellen. Die neue chemische Recyclingtechnik könnte einen nachhaltigeren und lukrativeren Weg zur Nutzung dieser Öle bieten.
"Derzeit haben diese Unternehmen keinen wirklich guten Ansatz zur Aufwertung des Pyrolyseöls", sagt Li. "In diesem Fall können wir hochwertige Alkohole im Wert von 1.200 bis 6.000 Dollar pro Tonne aus Kunststoffabfällen gewinnen, die nur etwa 100 Dollar pro Tonne wert sind. Außerdem werden bei diesem Verfahren bestehende Technologien und Techniken verwendet. Es ist relativ einfach zu erweitern.
Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit verschiedenen Abteilungen der UW-Madison durchgeführt, so Huber. Clark Landis, Vorsitzender des Fachbereichs Chemie und weltweiter Experte auf dem Gebiet der Hydroformylierung, schlug die Möglichkeit vor, die Technik auf Pyrolyseöle anzuwenden. Manos Mavarikakis, Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen, nutzte fortschrittliche Modellierungstechniken, um einen Einblick in die chemischen Prozesse auf molekularer Ebene zu erhalten. Victor Zavala, Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen, unterstützte das Team bei der Analyse der Wirtschaftlichkeit der Technik und des Lebenszyklus der Kunststoffabfälle.
Der nächste Schritt für das Team besteht darin, den Prozess abzustimmen und besser zu verstehen, welche Kombinationen aus recycelten Kunststoffen und Katalysatoren welche chemischen Endprodukte ergeben.
"Es gibt so viele verschiedene Produkte und so viele Wege, die wir mit dieser Plattformtechnologie beschreiten können", sagt Huber. "Es gibt einen riesigen Markt für die Produkte, die wir herstellen. Ich denke, das könnte die Kunststoffrecyclingindustrie wirklich verändern."
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