de.wedoany.com-Bericht: Kunststoffprodukte sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken, doch nach ihrer Entsorgung gehören sie zu den am schwersten recycelbaren Materialien der Erde. Herkömmliche Recyclingverfahren erfordern zunächst eine Sortierung nach Kunststoffart – ein arbeitsintensiver und kostspieliger Schritt. Weltweit werden nur 9 % des Kunststoffabfalls recycelt, 79 % landen auf Deponien und die restlichen 12 % werden verbrannt, wobei CO₂ freigesetzt wird.

Ein gemeinsames Forschungsteam der UCLA Samueli School of Engineering und der südkoreanischen Ewha Womans University hat eine chemische Methode vorgestellt, mit der sich ein Gemisch aus drei gängigen Kunststoffen direkt in hochreinen Wasserstoff umwandeln lässt. Das Verfahren arbeitet bei deutlich niedrigeren Temperaturen als die herkömmliche Vergasung und bindet Kohlendioxid in fester Mineralform, sodass keine Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen.

Die Ergebnisse wurden in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. Das eingesetzte Verfahren der alkalischen Wärmebehandlung (Alkaline Thermal Treatment, ATT) nutzt Natriumhydroxid, das unter Hitzeeinwirkung mit organischen Substanzen reagiert und die Wasserstoffproduktion antreibt. Es kann Mischabfälle aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) in einem einzigen Reaktor verarbeiten und liefert ohne vorherige Sortierung Wasserstoff mit einer Reinheit von über 90 %.

Die korrespondierende Autorin der Studie, Ah-Hyung „Alissa" Park, Ronald and Valerie Sugar Chair und Professorin für Chemie- und Biomolekulartechnik an der UCLA Samueli School of Engineering, erklärte, Kunststoffabfälle sammelten sich in atemberaubendem Tempo an, während sauberer Wasserstoff für die Dekarbonisierung der Energieversorgung entscheidend sei – diese Technologie begegne beiden Herausforderungen gleichzeitig auf kreative und skalierbare Weise.

Das ATT-Verfahren ist eine Weiterentwicklung einer von Park und dem ebenfalls korrespondierenden Autor Woo-Jae Kim, Professor für Chemietechnik und Materialwissenschaft an der Ewha Womans University, zuvor entwickelten Methode zur Wasserstoffgewinnung aus Biomasse, zu deren Ausgangsstoffen unter anderem Algen gehören. In Laborexperimenten wandelte das Forschungsteam mit dem modifizierten ATT-Verfahren PET, PE und PP in hochreinen Wasserstoff um. Die Betriebstemperatur lag dabei um 300 bis 400 Grad Celsius niedriger als bei der herkömmlichen Dampfvergassung, während die aus PET gewonnene Wasserstoffmenge deutlich zunahm.

Polyethylen und Polypropylen bestehen vollständig aus Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen und sind unter alkalischen Bedingungen chemisch inert; bei alleiniger Reaktion erzielen sie nur geringe Wasserstoffausbeuten. Um diese beiden Kunststoffe zu aktivieren, entwickelten die Forscher eine thermo-oxidative Vorbehandlung: Vor der Hauptreaktion werden die Kunststoffe kurzzeitig in Luft bei milder Wärme exponiert, wodurch sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen in die Polymerketten eingeführt werden – so entstehen Reaktionsstellen für die anschließende alkalische Behandlung.

Nach der Aktivierung lassen sich alle drei Kunststoffe effizient zersetzen. Der bei der Reaktion freigesetzte Kohlenstoff wird vom Natriumhydroxid-Reagenz eingefangen und in festes Natriumcarbonat umgewandelt, anstatt als CO₂ zu entweichen. Die Analyse nach der Reaktion zeigte, dass über 75 % des Kohlenstoffs aus den ursprünglichen Kunststoffen als stabiles Carbonat oder flüssige organische Rückstände vorlagen; der Anteil gasförmiger Produkte lag unter 13 %, und die direkt in die Atmosphäre freigesetzte Kohlenstoffmenge war vernachlässigbar. Das Natriumcarbonat lässt sich über einen einfachen Rückgewinnungsprozess in Calciumcarbonat umwandeln, wodurch der Kohlenstoff in einem Mineral fixiert wird, das in traditionellen kohlenstoffintensiven Industrien weit verbreitet ist.

Bisherige Niedertemperaturverfahren zur Umwandlung von Kunststoffabfällen in Wasserstoff – darunter solargetriebene Photoreformierung und elektrochemische Umwandlung – funktionieren nur bei sauerstoffhaltigen Kunststoffen wie PET, nicht jedoch bei Polyethylen und Polypropylen, die den größten Anteil im Abfallstrom ausmachen. Die Hochtemperaturvergassung kann zwar unsortierte Kunststoffgemische verarbeiten, setzt dabei aber große Mengen CO₂ frei. Die vorliegende Studie ist die erste, die mit einer eigenen Methode alle drei genannten Einschränkungen gleichzeitig überwindet.

Kim erklärte, Sortierkosten und Verfahrenskomplexität seien seit langem die größten Hindernisse für eine kommerzielle Nutzung. Diese Technologie senke beide Hürden und habe das Potenzial, eine nächste Generation von Schlüsseltechnologien für die Wasserstoff- und Kreislaufwirtschaft zu werden.

Das Forschungsteam wies darauf hin, dass das Verfahren vor einer großflächigen Einführung noch weiter optimiert und seine wirtschaftliche Machbarkeit bewertet werden müsse.

Die Studie wurde von der National Research Foundation of Korea gefördert. Weitere Autoren sind Jieun Park, Hyerin Seo und Jiwon Lee von der Ewha Womans University, Hyunah Kim von der Korea Aerospace University, Hyung-Kyu Lim von der Kangwon National University sowie Wonho Jung von der Sogang University.