Japanisches Team entwickelt neuartigen Katalysator zur selektiven Zersetzung von Polyurethan in gemischten Kunststoffen

de.wedoany.com-Bericht: Ein Forschungsteam der japanischen Kyushu University, der University of Tokyo und des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology berichtete am 9. Juli 2026 in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ über einen neuartigen Katalysator, der selektiv Polyurethan (PU) in gemischten Kunststoffabfällen zersetzen kann, während gleichzeitig vorhandene Polyester- und Polyamidmaterialien intakt bleiben, um eine weitere Verarbeitung und Wiederverwertung zu ermöglichen. Die Arbeit wurde von der Zeitschrift als Hot Paper ausgezeichnet.

Die meisten alltäglichen Kunststoffprodukte bestehen aus verschiedenen Kunststoffarten, die beim Schmelzen schwer zu mischen sind, was zu verunreinigten Materialien im Recyclingprozess führt. Die Sortierung ist schwierig und kostspielig, daher werden die meisten gemischten Kunststoffabfälle verbrannt oder deponiert, was zu einem dauerhaften Materialverlust führt. PET-Flaschen können gereinigt, zerkleinert, geschmolzen und recycelt werden, aber Polyurethan, das sechsthäufigste Polymer, das in Textilien, Schwämmen und Autositzen vorkommt, bleibt weitgehend außerhalb des Recyclingsystems. Anders als PET schmilzt Polyurethan beim Erhitzen nicht und erfordert eine direkte Spaltung chemischer Bindungen. Die Herausforderung besteht darin, dass Polyurethan in realen Produkten fast immer mit Polyester und Nylon gemischt oder verklebt ist, und bestehende chemische Methoden beschädigen andere Materialien, während sie Polyurethan zersetzen.

Das Forschungsteam fand eine Lösung, indem es einen Iridium-basierten Katalysator mit einem Phenolat-Aktivator kombinierte und bei 130 bis 170 Grad Celsius Wasserstoff einsetzte. Dadurch wurde Polyurethan in gemischten Kunststoffabfällen erfolgreich abgebaut, während gleichzeitig vorhandene Polyester und Nylon vollständig unverändert blieben. Professor Takanori Iwasaki von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Kyushu University wies darauf hin, dass in der Standardchemie Ester reaktiver sind als Amide und Amide reaktiver als Carbamate, was bedeutet, dass Polyester vor Nylon und Nylon vor Polyurethan abgebaut werden sollte. Durch die Kombination des Iridium-Katalysators mit geeigneten Additiven kehrte das Team diese Reaktionsreihenfolge um, sodass die am wenigsten reaktive Bindung zuerst gespalten wurde, während die reaktiveren Bindungen unberührt blieben.

Neben Laborexperimenten testete das Team die Methode auch an echten kommerziellen Produkten. Ein Küchenschwamm und ein Mischgewebe-Unterhemd (enthaltend Polyurethan mit Polyester und Nylon) wurden erfolgreich behandelt, wobei Polyurethan in wiederverwendbare Bestandteile zerlegt wurde, während Polyester und Nylon intakt blieben. Die Methode funktioniert auch bei Handyhüllen und Autositzen aus dem Altfahrzeugbereich. Da der Prozess Materialtrennung und chemisches Recycling in einem Schritt vereint, eröffnet er neue Wege für die Behandlung dieser Abfälle, die lange als zu komplex für die Verarbeitung galten.

Das Team sieht besonders viel Potenzial in den Branchen Altfahrzeugrecycling und Matratzenentsorgung, die derzeit große Mengen an Polyurethanabfällen produzieren, aber nur begrenzte Recyclingmöglichkeiten haben. Takanori Iwasaki ergänzte, dass neuere Modelle des japanischen Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszugs Polyurethan-Sitzpolster durch Polyester ersetzt haben, was zwar leichter zu recyceln ist, aber den Komfort deutlich verringert. Wenn gemischte Kunststoffe richtig verarbeitet werden könnten, müssten Hersteller diesen Kompromiss nicht mehr eingehen. Das Team räumt ein, dass Kosten und Skalierbarkeit noch gelöst werden müssen. Iridium, das Kernmetall des Katalysators, ist seltener und teurer als Gold; die Suche nach günstigeren Alternativen und die Steigerung der Katalyseeffizienz sind die nächsten entscheidenden Schritte. Iwasaki reflektierte: „Kunststoffrecycling ist nur der Anfang. Als organischer Chemiker begeistert mich am meisten, dass wir die Regeln chemischer Reaktionen selektiv umkehren können. Ich hoffe, dass dies mehr Brücken zwischen der Grundlagenchemie und realen Problemen schlagen kann – von Kunststoffabfällen über die Arzneimittelsynthese bis hin zu vielen weiteren Bereichen.“