Forscher entdecken einen intelligenteren Weg zum Recycling von Polyurethan
Forscher der Universität Aarhus haben eine bessere Methode für das Recycling von Polyurethanschaum gefunden
Polyurethan (PUR) ist ein unverzichtbarer Kunststoff, der in Matratzen, zur Isolierung von Kühlschränken und Gebäuden, in Schuhen, Autos, Flugzeugen, Windradflügeln, Kabeln und vielem mehr verwendet wird. Er könnte als Wundermaterial bezeichnet werden, wäre er nicht auch eine Belastung für Umwelt und Klima. Die meisten PUR-Produkte, die weltweit entsorgt werden, landen in der Müllverbrennung oder auf Mülldeponien.
Die Grafik zeigt, wie die neue Kombination aus Acidolyse und Hydrolyse bis zu 82 Gewichtsprozent des ursprünglichen Materials aus PUR-Weichschaum - der in Matratzen verwendet wird - als zwei getrennte Fraktionen von Diaminen und Polyolen zurückgewinnen kann. Das Diamin ist als TDA (Toluoldiamin) dargestellt.
Thomas Balle Bech, Aarhus University
Das ist problematisch, denn die Hauptbestandteile des Materials werden überwiegend aus fossilem Erdöl gewonnen. Und wir sprechen hier von erheblichen Mengen. Im Jahr 2022 erreichte der Weltmarkt für PUR fast 26 Millionen Tonnen, und eine Prognose für 2030 geht von fast 31,3 Millionen Tonnen aus, wobei etwa 60 % davon Schaumstoff in verschiedenen Formen sind.
Es gibt jedoch eine kleine, aber wachsende Industrie, die PUR chemisch in seine ursprünglichen Hauptbestandteile, Polyol und Isocyanat, zerlegt (depolymerisiert), um sie als Rohstoffe für neue PUR-Produkte wiederzuverwenden.
Es ist jedoch noch ein weiter Weg, bis ihre Produktion tatsächlich mit "neuen" Materialien konkurrieren kann. Die Abtrennung und Aufreinigung der gewünschten Elemente ist teuer.
Aufspalten und Trennen in einem Arbeitsgang
An dieser Stelle kommt ein Forscherteam der Universität Aarhus mit einer cleveren Idee ins Spiel. Sie stützen sich bei ihrer Methode auf das, was die betreffenden Unternehmen bereits anwenden, nämlich das Aufbrechen von PUR-Schaum mit Säure (Acidolyse).
Aber die Unternehmen trennen das aufgeschlossene PUR nicht in Polyol und Isocyanat. Dadurch entsteht ein Gemisch, das nicht direkt recycelt werden kann, sondern ihre Kunden zu neuen Rezepturen zwingt.
Die AU-Forscher sind nicht nur in der Lage, PUR aufzuspalten und die beiden Hauptbestandteile zu trennen - sie können dies auch in einem Arbeitsgang tun. Sie erhitzen PUR-Weichschaum in einem Reaktor mit etwas Bernsteinsäure auf 220 °C (siehe Faktenbox). Anschließend verwenden sie einen Filter, der ein Material auffängt und das andere durchlässt.
Es sind die Polyole, die durchgelassen werden, und zwar in einer Qualität, die mit der von neuem Polyol vergleichbar ist, so dass sie für die Neuproduktion von Polyurethan verwendet werden können. Der herausgefilterte feste Teil des Produktgemischs wird in einem einfachen Hydrolyseprozess in ein so genanntes Diamin umgewandelt, das zur Herstellung von Isocyanaten und damit von PUR verwendet wird.
Auf diese Weise können die Forscher aus PUR-Weichschaum, der in Matratzen eingesetzt wird, bis zu 82 Gewichtsprozent des ursprünglichen Materials als zwei getrennte Fraktionen von Diaminen und Polyolen zurückgewinnen. Ihre Ergebnisse haben die Forscher kürzlich in der Fachzeitschrift Green Chemistry veröffentlicht .
Enormes Potenzial für die Industrie
"Die Methode lässt sich leicht vergrößern", betont einer der Autoren der Studie, Steffan Kvist Kristensen, Assistenzprofessor am Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO) der Universität Aarhus.
Er sieht ein enormes Potenzial für die Wiederverwertung von PUR-Schaumstoffabfällen in den Fabriken, die sie als Rohmaterial (Slabstock) für ihre Produktion verwenden.
"Aber die Aussicht, auch PUR-Abfälle von Verbrauchern zu verarbeiten, erfordert weitere Entwicklung", fügt er hinzu.
... aber noch ein weiter Weg zu einer Kreislaufwirtschaft
Die Hersteller in der PUR-Industrie verwenden jeweils eigene Rezepturen, um spezifische Materialeigenschaften für ihre Produkte zu erreichen.
Daher muss eine Reihe von Herausforderungen gelöst werden, bevor eine echte Wirtschaftlichkeit beim Recycling von Polyurethan erreicht werden kann:
- Abfalltrennung
- Logistik
- Sortierung von PUR nach Typen
Die Depolymerisation ist also nur ein kleiner Teil der Lösung.
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