Neue Recycling-Methode für hochwertige Kunststoffe

Kunststoffe sind zu regelmäßigen Alltagsbegleitern geworden – ob im Haushalt, im Garten, in der Industrie oder der Medizin. Das Material ist vielseitig einsetzbar, weist in verschiedenen Zusammensetzungen unterschiedliche Eigenschaften auf. Das macht Kunststoffe so wertvoll und interessant für zahlreiche Anwendungen und Branchen. Doch der Werkstoff hat nicht nur unzählige Vorteile, sondern eben auch ein paar Nachteile. Im Gegensatz zu anderen Materialien ist Kunststoff nicht so einfach wiederverwendbar, das betrifft vor allem die aus Polycarbonat, kurz PC.

Neue Recyclingmethode spart CO2-Emissionen bei Zement

Polycarbonat gehört zu den sogenannten hochwertigen Kunststoffen. Es ist schwer entflammbar, kratz- und abriebfest, temperaturbeständig und kann sogar gegenüber verdünnten Säuren bestehen. Diese Eigenschaften sind vor allem in der Industrie gefragt, entsprechend begehrt ist PC. Die Industrie hat ein großes Interesse daran, diesen wertvollen Kunststoff zu recyceln. Doch ihn aus dem Plastikmüll zu extrahieren und wieder aufzubereiten, ist bislang nicht mit den gewünschten Ergebnissen möglich. Denn auch aus dem Recyclat soll schließlich hochwertiger Kunststoff gewonnen werden können, das für entsprechende Produkte geeignet ist.

Fraunhofer-Forschende recyceln Kunststoff mittels Pyrolyse

Bislang setzte man das mechanische Recycling ein, um PC wiederzugewinnen. Forschende am Fraunhofer-Institut haben nun ein neues Verfahren entwickelt, das chemischer Natur ist. Konkret handelt es sich um eine sogenannte katalytische Pyrolyse. Das Besondere an diesem Verfahren: Man erhitzt Stoffe unter Ausschluss von Sauerstoff. Nur auf diese Art und Weise ist es möglich, dass die Substanzen zerfallen und sich so die Ausgangsbestandteile des Kunststoffs wieder zurückgewinnen lassen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben das Verfahren zusammen mit Covestro Deutschland AG entwickelt. Das Chemieunternehmen mit Sitz in Leverkusen hat sich auf die Produktion von Hightech-Polymerwerkstoffen spezialisiert und ist dabei auch immer an innovativen Neuentwicklungen interessiert sowie beteiligt.

Die Forschenden verfolgten den Ansatz, die Zusammensetzung der Polycarbonate für das neue Verfahren zu nutzen. Sie bestehen aus Polymeren, bei denen es sich um eine Kombination von Molekülgruppen handelt, den Monomeren, die miteinander verbunden sind. Durch die thermische Belastung, welche die Pyrolyse auslöst, schafften die Forschenden es, die Bindungen zu den hochwertigen Molekülen aufzubrechen. „Ziel war, Polycarbonat-haltige Kunststoffe so zu recyceln, dass hochwertige Moleküle wiedergewonnen und als Rohstoffe in den Produktionskreislauf der Industrie zurückgeführt werden können“, sagt Jörg Kleeberg. Der Wissenschaftler ist Experte für Kohlenstoff-Kreislauf-Technologien und hat am Standort Freiberg vom Fraunhofer IKTS mit seinem Team das Verfahren weiterentwickelt.

Kunststoff-Recycling: sehr gute Ergebnisse dank Pyrolyse

Um die Pyrolyse durchzuführen, nutzen die Forschenden einen Drehofen. Er schien ihnen vor allem aufgrund seines robusten Aufbaus und seiner Größe am besten geeignet. Denn er schaffe es auch, größere Mengen zu verarbeiten. Das Unternehmen Covestro lieferte die entsprechenden Kunststoffabfälle für die Tests. Die Forschenden gaben diese Abfälle in das rotierende Rohr des Ofens und erhitzten sie darin. Das erste Produkt, das entstand, war ein Pyrolysegas. Aus diesem Gas wird in einer Kondensationsanlage eine ölige Flüssigkeit abgetrennt. Genau aus dieser Flüssigkeit kann das Chemieunternehmen Covestro dann in einem speziellen Aufarbeitungsprozess die verschiedenen Moleküle herstellen.

So ohne weiteres war das Recycling in dem Drehrohrofen allerdings nicht möglich. Denn den Forschenden war nicht nur an einer optimalen Zusammensetzung, sondern auch einer adäquaten Ausbeute gelegen. Dafür war es notwendig, die einzelnen Parameter des Pyrolysevorgangs exakt abzustimmen. Dazu gehören: Temperatur, Aufheiz- und Verweilzeit, Abkühlung, Druckverhältnisse sowie die Zugabe von Hilfs- und Zusatzstoffen. Das alleine zeigt, wie komplex und sensibel der Prozess der Pyrolyse abläuft. Die Forschenden benötigten zahlreiche Testreihen und haben so den Prozess in kleinen Schritten optimiert. Von Vorteil ist es natürlich, dass die Expertinnen und Experten des Fraunhofer IKTS schon lange mit Prozesstechniken und Hochtemperaturkonversionen arbeiten und über entsprechende Erfahrung verfügen.

Mit Kunststoff-Recycling Kreislaufwirtschaft ankurbeln

Die Tests ergaben sehr positive Ergebnisse. Dem Team gelang es, aus verschiedenen PC-haltigen Abfällen Rohstoffe für die Polycarbonatproduktion zu gewinnen. Das Pyrolyse-Öl, das innerhalb des Verfahrens gewonnen wurde, enthält Styrol und Phenol. Zwei Chemikalien, die in der chemischen Industrie als wertvolle Plattformen gelten. Die Forschenden sehen in ihrem neuen Ansatz, der  Pyrolyse, eine Ergänzung zu dem herkömmlichen Verfahren. Damit sei ein großer Schritt möglich in Richtung Kreislaufwirtschaft in den Industriebranchen, in denen Kunststoffe verarbeitet werden.