Sonnenlicht für das Recycling von schwarzem Kunststoff nutzen
"Die einfache Bestrahlung mit sichtbarem Licht hat das Potenzial, das chemische Recycling von Kunststoffen zu revolutionieren..."
Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff - einige Arten und Farben sind leichter zu recyceln als andere. So landen beispielsweise schwarzer Schaumstoff und schwarze Kaffeedeckel, die häufig aus Polystyrol hergestellt werden, in der Regel auf Mülldeponien, weil Farbzusätze zu einer unzureichenden Sortierung führen. Nun berichten Forscher in ACS Central Science, dass sie einen Zusatzstoff in schwarzen Kunststoffen mit Hilfe von Sonnenlicht oder weißen LEDs nutzen können, um schwarze und farbige Polystyrolabfälle in wiederverwendbare Ausgangsmaterialien zu verwandeln.
In diesem Reaktionsgefäß, das von konzentriertem Sonnenlicht angestrahlt wird, zerfällt ein Stück schwarzes Polystyrol aus einer Schaumstoffschale zu einem wiederverwertbaren Material.
Hanning Jiang
"Eine einfache Bestrahlung mit sichtbarem Licht hat das Potenzial, das chemische Recycling von Kunststoffen zu revolutionieren, indem man die bereits in vielen kommerziellen Produkten enthaltenen Zusatzstoffe nutzt", so die Autoren der Studie, Sewon Oh, Hanning Jiang und Erin Stache.
Eine neue Strategie für das Kunststoffrecycling besteht darin, Licht zu nutzen, um Kunststoff in chemisch nützliche Materialien aufzuspalten, die zu neuen Produkten recycelt werden können. Für diesen Prozess wird eine Hilfsverbindung benötigt, die das Licht in die Wärme umwandelt, die zum Aufbrechen der Polymerbindungen erforderlich ist. Die Suche nach dem richtigen Hilfsmittel, das nicht zu mehr Abfall führt und sich leicht in recycelte Materialien einbauen lässt, ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung für die Forscher. Auf der Suche nach einer Kreislaufwirtschaft für das Kunststoffrecycling machten sich Stache und ein Forscherteam etwas zunutze, das bereits in schwarzem Polystyrolabfall zu finden ist - einen als Ruß bekannten Zusatzstoff.
Die Forscher testeten eine Methode zum Recycling von im Labor hergestelltem schwarzem Polystyrol: Sie mahlten eine Mischung aus Polystyrol und Ruß zu einem feinen Pulver, gaben das Pulver in ein versiegeltes Glasfläschchen und setzten das Fläschchen dann 30 Minuten lang unter hochintensive weiße LEDs. Der Ruß wandelte das LED-Licht in Wärme um. Durch die Hitze wurde die Molekularstruktur des Polystyrols aufgebrochen, so dass eine Mischung aus kürzeren Ein-, Zwei- und Dreistyroleinheiten entstand. Und diese drei Komponenten trennten sich sauber in der Reaktionsapparatur. In Experimenten recycelte das Team den übrig gebliebenen Ruß und das Styrolmonomer zu Polystyrol und bewies damit die Kreislauffähigkeit der neuen Methode.
Bei der Anwendung der Technik auf schwarzen Kunststoff aus Lebensmittelbehältern und Deckeln von Kaffeetassen zerkleinerten die Forscher den Abfall in kleine Stücke und stellten fest, dass sich bis zu 53 % des Polystyrols in Styrolmonomer umwandelten. Abfallproben, die mit Rapsöl, Sojasauce und Orangensaft verunreinigt waren, wurden etwas weniger effizient abgebaut. Als die Forscher die Lichtquelle von LEDs auf fokussiertes Sonnenlicht im Freien umstellten, beobachteten sie eine höhere Reaktionseffizienz (80 %). Darüber hinaus wurde eine mehrfarbige Mischung aus schwarzem, gelbem, rotem und farblosem Polystyrolabfall unter Sonnenlicht mit einer höheren Rate (67 %) in Styrol umgewandelt als bei weißen LEDs (45 %). Die Forscher führen die höheren Wirkungsgrade auf die größere Lichtintensität zurück, die durch gebündeltes Sonnenlicht erreicht wird. Durch den Nachweis der Fähigkeit des Sonnenlichts, farbige Polystyrolabfälle abzubauen, könnten die Forscher mit ihrer Methode einen geschlossenen Recyclingprozess für diese Art von Kunststoff schaffen.
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