Im Kreislauf: Kochsalz aus der Kunststoffherstellung

Die Vereinten Nationen hatten 2015 exakt 17 Nachhaltigkeitsziele formuliert, die weltweit bis 2030 erreicht werden sollten. Auf Trinkwasser fokussiert das sechste dieser „Sustainable Development Goals“ (SDG 6): Alle Menschen sollen spätestens 2030 mit sauberem Trinkwasser versorgt sein und auch einen Zugang zu sauberen Sanitäranlagen haben.

Ein Weg, nachhaltig und schonend mit Wasserressourcen umzugehen, ist, Abwässer zu reinigen und wiederzuverwenden, statt diese in Flüsse einzuleiten. Dies ist die Ausnahme. Mehr als 80 Prozent des Abwassers weltweit fließt unbehandelt und ungenutzt in Flüsse, Seen und Meere. Das betrifft auch Unternehmen: Auf sie entfällt rund ein Viertel des weltweiten Wasserverbrauchs.

Das will der Werkstoffhersteller Covestro ändern. Das Unternehmen nutzt Wasser, etwa um den Kunststoff Polycarbonat herzustellen. Dabei fällt Abwasser, Prozessabwasser genannt, an. Dieses wiederum enthält Salz, genauer Kochsalz. Der Salzgehalt in diesem Prozesswasser ist mit etwa 6 % etwa doppelt so hoch wie der von Meerwasser.

Prozesswasser bei Polycarbonat-Herstellung

Lange Zeit wurde Prozesswasser in eine Kläranlage des Chempark-Betreibers Currenta aufgereinigt und danach in den Rhein geleitet. Doch inzwischen hat Covestro gemeinsam mit Partnern ein Verfahren entwickelt, um das Kochsalz aus dem Prozesswasser aus der Polycarbonatherstellung erneut zu verwenden Und zwar bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse, um Chlor zu gewinnen, eine wichtige Chemikalie, die das Unternehmen auch braucht, um Polycarbonat herzustellen.

Das Unternehmen knüpft an diese Salz-Rückgewinnung große Hoffnungen: „Die neue Technologie hat Modellcharakter“, erklärt Jürgen Meyn, Produktionsleiter von Covestro in Krefeld-Uerdingen. Der dortige Chemiepark, den der Leverkusener Chemieparkbetreiber Currenta betreibt, gehört zu den weltweit größten Produktionsstandorte für Polycarbonat. „Wir wollen das Salz in Zukunft weitestgehend im Kreis fahren.“ Langfristiges Ziel ist, auf diese Weise global mehrere Zehntausend Tonnen Kochsalz und mehrere Hunderttausend Tonnen vollständig entsalztes Wasser jährlich einzusparen.

Erfolgreiches Testen

Beim Salzwasser-Kreislauf kann Covestro Erfolge vorweisen. Am Standort Krefeld-Uerdingen steht seit 2016 eine Anlage, in die ein Teil des Prozesswassers aus der Polycarbonatherstellung abgezweigt und gereinigt wird, um danach als Ausgangsstoff in die Chlorelektrolyse gegeben zu werden.

Diese erste Anlage ist nicht klein. Mit ihr kann Covestro bis zu 19.000 t Kochsalz und mehr als 200.000 t vollständig entsalztes Wasser pro Jahr einsparen. Eine ähnliche Anlage steht auch am chinesischen Covestro-Standort Caojing, wo sie mit chinesischen Partnern betrieben wird.

Herausforderung: zu wenig Salz

Noch ist die Kreislaufführung nicht optimal. Zwei Herausforderungen gibt es: Die eine ist, dass der Salzgehalt im Prozesswasser mit rund 6 % recht niedrig ist. Für die Chlorelektrolyse ist die Salzkonzentration zu niedrig, beziehungsweise die Wassermenge zu hoch. Daher kann das Prozesswasser nicht vollständig in die Elektrolyse zurückgeführt werden und muss mit zugekauftem Natriumchlorid angereichert werden.

Das soll anders werden: „Wir wollen den Salzgehalt der Sole erhöhen, indem wir ihr Wasser entziehen“, erklärt Covestro-Forscherin Dr. Yuliya Schiesser. Dieses müsse so umweltverträglich und wirtschaftlich wie möglich geschehen. Einfach erhitzen und das Wasser verdampfen, sei daher nicht zielführend.

Innovative Methoden wurden von Oktober 2016 bis März 2020 im Forschungsprojekt „Recycling von industriellen salzhaltigen Prozesswässern“ (Re-Salt) entwickelt und seit Februar 2021 im Forschungsprojekt „Recycling von industriellen salzhaltigen Wässern durch Ionentrennung, Konzentrierung und intelligentes Monitoring“ („RiKovery“). Aktuell wird versucht, die Salzkonzentration im Prozesswasser mit einer Membrantechnologie zu erhöhen.

Beide Projekte – Re-Salt und RiKovery –, an denen neben Covestro weitere Unternehmen und wissenschaftliche Einrichtungen beteiligt waren beziehungsweise sind, wurden oder werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Herausforderung: Reinigung

Die zweite Herausforderung ist die Reinigung des Prozesswassers. Es muss sehr sauber sein, da die Membranen der Chlor-Alkali-Elektrolyse, in die das recycelte Prozesswasser wieder eingespeist wird, sehr empfindlich auf Verunreinigungen reagieren. „Ablagerungen können die Membranen schädigen und zudem ihren Widerstand erhöhen“, so Schiesser. Das würde den Stromverbrauch ansteigen lassen oder noch schlimmer: den Prozess ungeplant unterbrechen.

Darum haben Covestro und die Partnerorganisationen mehrere Verfahren getestet, um das salzhaltige Prozesswasser zu reinigen und für das Recycling nutzbar zu machen. Vielversprechend ist der Einsatz äußerst widerstandsfähiger Bakterien. Dazu gibt es ein Kooperationsprojekt mit der Technischen Universität Wien. Für einzelne Anlagen sind aus den verschiedenen Ansätzen schon zufriedenstellende Ergebnisse hervorgegangen. Für eine allgemeine Lösung muss die Forschung jedoch noch voranschreiten.

Sobald das Prozesswasser auf diese Weise von organischen Spuren gereinigt ist, beginnt die Aufkonzentrierung bis hin zum Salz in kristalliner Form. Die Reinigung und Anreicherung des Abwassers ist aktuell noch relativ aufwendig und kostspielig. Aber die Partner sind guter Dinge, diese und andere Hürden zu überwinden.

Salzkreislauf ausgezeichnet

Das sehen auch unabhängige Fachleute: Mit dem Salzwasserrecycling belegte der Kunststoffhersteller 2019 den zweiten Platz im Wettbewerb „Wir haben gute Ideen für Kreislaufwirtschaft“ – einer Initiative im Rahmen des Responsible-Care-Programms vom Landesverband Nordrhein-Westfalen im Verband der Chemischen Industrie (VCI NRW). Auch das Bundesumweltministerium lobte damals die Entwicklung der Technologie als hervorragendes Beispiel für die Umsetzung des Kreislaufgedankens in der Industrie und stellte Fördermittel bereit.

Die Auszeichnungen machten den beteiligten Partnern Mut: „Wir hoffen, dass am Ende nicht nur die Kunststoffbranche von unseren Forschungsergebnissen profitiert“, sagt Schiesser. Auch andere Industriezweige sollen daraus Nutzen ziehen können.

www.covestro.com www.re-salt.de bmbf-wave.de/Verbundprojekte+nach+Themenfeldern/Industrielles+Wasser/RIKovery.html