Kochsalz könnte die geheime Zutat für besseres Chemikalienrecycling sein
Natriumchlorid als Schlüssel zur Revolution im Kunststoffrecycling?
Muhammad Rabnawaz, außerordentlicher Professor an der renommierten School of Packaging der Michigan State University und kürzlich in die National Academy of Inventors aufgenommen, war schon immer der Meinung, dass die genialste Lösung auch die einfachste ist. Diese Überzeugung spiegelt sich in der neuen Veröffentlichung seines Teams in der Zeitschrift Advanced Sustainable Systems wider.
Rabnawaz und seine Kollegen zeigten, dass Natriumchlorid - Kochsalz - viel teurere Materialien, die für das Recycling von Kunststoffen erforscht werden, übertreffen kann. "Das ist wirklich aufregend", sagte Rabnawaz. "Wir brauchen einfache, kostengünstige Lösungen, um ein so großes Problem wie das Kunststoffrecycling in Angriff zu nehmen.
Obwohl Kunststoffe seit jeher als recycelbar vermarktet werden, landen in Wirklichkeit fast 90 % der Kunststoffabfälle in den Vereinigten Staaten auf Mülldeponien, in Verbrennungsanlagen oder als Umweltverschmutzung in der Umwelt.
Einer der Gründe dafür, dass Kunststoffe zu Wegwerfartikeln geworden sind, ist, dass die beim Recycling wiedergewonnenen Materialien nicht wertvoll genug sind, um das Geld und die Ressourcen zu investieren, die für ihre Gewinnung erforderlich sind.
Den Hochrechnungen des Teams zufolge könnte Kochsalz die Wirtschaftlichkeit umkehren und die Kosten für ein als Pyrolyse bekanntes Recyclingverfahren, das durch eine Kombination aus Wärme und Chemie funktioniert, drastisch senken.
Obwohl Rabnawaz erwartet hatte, dass Salz einen Einfluss haben würde, weil es Wärme gut leitet, war er dennoch überrascht, wie gut es funktionierte. Es übertraf teure Katalysatoren - Chemikalien, die Reaktionen ankurbeln sollen - und er glaubt, dass sein Team gerade erst damit begonnen hat, das Potenzial des Salzes auszuschöpfen. Darüber hinaus erregt die Arbeit bereits die Aufmerksamkeit von großen Namen in der Industrie, sagte er.
Tatsächlich wurde die Forschung teilweise von Conagra Brands, einem Unternehmen für verpackte Konsumgüter, unterstützt. Das US-Landwirtschaftsministerium und MSU AgBioResearch haben ebenfalls zur Finanzierung der Arbeit beigetragen.
Ein Katalysator, der es in sich hat
Bei der Pyrolyse werden die Kunststoffe in ein Gemisch aus einfacheren, kohlenstoffbasierten Verbindungen zerlegt, die in drei Formen entstehen: Gas, flüssiges Öl und festes Wachs.
Die Wachskomponente ist oft unerwünscht, so Rabnawaz, kann aber bei den derzeitigen Pyrolyseverfahren mehr als die Hälfte des Gewichts der Produkte ausmachen. Das gilt selbst dann, wenn Katalysatoren verwendet werden, die zwar hilfreich sind, aber oft giftig oder zu teuer, um sie bei der Behandlung von Kunststoffabfällen einzusetzen.
Platin zum Beispiel hat sehr attraktive katalytische Eigenschaften, weshalb es in Katalysatoren verwendet wird, um die Schadstoffemissionen von Autos zu reduzieren. Aber es ist auch sehr teuer, weshalb Diebe Katalysatoren stehlen.
Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass Banditen platinbasierte Materialien aus einem schwelenden Pyrolysereaktor stehlen, würde der Versuch, Kunststoffe mit diesen Katalysatoren zu recyceln, immer noch eine beträchtliche Investition erfordern - Millionen, wenn nicht Hunderte von Millionen Dollar, so Rabnawaz. Und die derzeitigen Katalysatoren sind nicht effizient genug, um diese Kosten zu rechtfertigen.
"Kein Unternehmen auf der Welt hat so viel Geld zur Verfügung", so Rabnawaz.
In früheren Arbeiten haben Rabnawaz und sein Team gezeigt, dass Kupferoxid und Kochsalz als Katalysatoren für die Zersetzung des Kunststoffs Polystyrol geeignet sind. Jetzt haben sie gezeigt, dass Kochsalz allein das Wachs-Nebenprodukt bei der Pyrolyse von Polyolefinen beseitigen kann - Polymere, die 60 % des Kunststoffabfalls ausmachen.
"Diese erste Arbeit war wichtig, aber ich war erst begeistert, als wir mit Polyolefinen arbeiteten", sagte Rabnawaz. "Polyolefine sind riesig, und wir haben die teuren Katalysatoren einfach übertroffen".
Rabnawaz wurde bei diesem Projekt von Christopher Saffron, einem außerordentlichen Professor am College of Agriculture and Natural Resources, Gastwissenschaftler Mohamed Shaker und MSU-Doktorand Vikash Kumar unterstützt.
Bei der Verwendung von Kochsalz als Katalysator für die Pyrolyse von Polyolefinen produzierte das Team hauptsächlich flüssiges Öl, das Kohlenwasserstoffmoleküle enthält, die denen in Dieselkraftstoff ähneln, so Rabnawaz. Ein weiterer Vorteil des Salzkatalysators, so zeigten die Forscher, ist, dass er wiederverwendet werden kann.
"Man kann das Salz zurückgewinnen, indem man das gewonnene Öl einfach mit Wasser wäscht", so Rabnawaz.
Die Forscher zeigten auch, dass Kochsalz bei der Pyrolyse von metallisierten Kunststofffolien hilft, die häufig für Lebensmittelverpackungen wie Kartoffelchips verwendet werden, die derzeit nicht recycelt werden.
Obwohl reines Kochsalz einen Platin-Aluminiumoxid-Katalysator, den das Team ebenfalls mit metallisierten Folien getestet hat, nicht übertraf, waren die Ergebnisse ähnlich, und das Salz kostet nur einen Bruchteil davon.
Rabnawaz betonte jedoch, dass metallisierte Filme zwar nützlich, aber von Natur aus problematisch sind. Er stellt sich eine Welt vor, in der solche Folien nicht mehr benötigt werden, weshalb sein Team auch daran arbeitet, sie durch nachhaltigere Materialien zu ersetzen.
Das Team wird auch weiterhin an seinem Pyrolyseprojekt arbeiten.
So muss das Team beispielsweise die Gasprodukte der Pyrolyse mit Kochsalz noch vollständig charakterisieren. Und Rabnawaz glaubt, dass das Team diesen Ansatz verbessern kann, so dass die flüssigen Produkte Chemikalien mit wertvolleren Anwendungen als der Verbrennung als Brennstoff enthalten.
Dennoch sind die ersten Ergebnisse der neuen Kochsalz-Taktik des Teams ermutigend. Auf der Grundlage einer schnellen, vorläufigen Wirtschaftsanalyse schätzt das Team, dass ein kommerzieller Pyrolysereaktor seine Gewinne allein durch die Zugabe von Salz verdreifachen könnte.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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