Chemisches Recycling: Kerosin aus Polyethylen-Abfall

Ein neues katalytisches Verfahren wandelt Polyethylen-Abfall zu Kerosin um. Dieses chemische Recycling funktioniert schon bei moderaten Temperaturen.

Forscher der Washington State University (WSU) in Seattle haben ein neues chemisches Recycling entwickelt, mit dem sich Kunststoff-Abfall aus Polyethylen in Kerosin umwandeln lässt. Möglich wird dies durch einen Ruthenium-Kohlenstoff-Katalysator, der das langkettige Polymer zerteilt und so die kürzeren, für Kerosin und andere Kraftstoffe typischen Kohlenwasserketten erzeugt.

Mit diesem neuen Verfahren konnten die Forscher rund 90 % des Polyethylens innerhalb einer Stunde bei moderaten Prozess-Temperaturen (220 °C) in Kerosin und andere wertvolle Kohlenwasserstoff-Produkte umwandeln. Zudem lässt sich der Prozess leicht auf die gewünschten Produkte abstimmen, berichten die WSU-Wissenschaftler.

Die Forscher unter Leitung von Prof. Hongfei Lin experimentieren schon seit einigen Jahren mit kohlenstoffhaltigen Katalysatoren, die Kunststoffe wie Polyethylen chemisch spalten und in kürzere Kohlenwasserstoffketten zerlegen können. Allerdings brauchte benötigte dieses chemische Recycling noch hohe Reaktionstemperaturen und eine lange Prozesszeit, was es für die Industrie bislang zu teuer und umständlich machte.

Jetzt hat das Team den Prozess so optimiert, dass er schon bei vergleichsweise milden Temperaturen von 220 °C abläuft und nur eine Stunde benötigt. Polyethylen wird dabei zu 90 % in Ketten von acht bis 16 Kohlenstoffatomen Länge zerlegt – und damit in Einheiten, die für Kerosin oder Schmiermittel typisch sind. „Die Anwendung dieses Prozesse könnte daher eine vielversprechender Ansatz sein, um hochwertige Produkte aus Abfall-Polyethylen und ähnlichen Polymeren zu erzeugen“, so Prof. Hongfei Lin

Möglich wird diese schnelle und relativ effiziente Zerlegung des Polyethylens durch Zusatz von Wasserstoffgas und einem Lösungsmittel sowie einen speziellen Katalysator. Er besteht aus Ruthenium-Nanopartikeln, die auf einer Kohlenstoffoberfläche verteilt sind. „Dieser Ruthenium-Katalysator ist dafür bekannt, dass er die Kohlenstoff-Bindungen aufbrechen kann“, erklärt Lin. Ruthenium ist übrigens ein seltenes Edelmetall, das zu den Platinmetallen gerechnet wird.

Um diese katalytische Zerlegung von Polyethylen-Abfall zu optimieren, lösen die Wissenschaftler zunächst das Polyethylen in n-Hexan, einem gängigen organischen Lösungsmittel. Dann geben sie diese Lösung zum Katalysator hinzu, erhitzten das Ganze und leiteten unter 30 Bar Druck stehendes Wasserstoffgas ein.

Es zeigte sich: Schon innerhalb der ersten Stunde spaltete der Katalysator die Polymerketten so effizient auf, dass nach Ablauf dieser Zeit 90 % des Kunststoffs in flüssige, als Kraftstoff nutzbare Kohlenwasserstoffketten umgewandelt waren. „Damit haben wir einen effizienten Hydrolyse-Prozess, der Polyethylen selektiv depolymerisiert“, erklärt Lin.

Nach Ansicht des Forschungsteams eröffnet diese Methode neue Möglichkeiten, Kunststoff-Abfälle wie Polyethylen schnell und vergleichsweise einfach zu Kraftstoffen, Schmiermitteln oder Grundstoffen für die chemische Industrie zu recyceln. Der große Vorteil sei dabei der vergleichsweise geringe Energieverbrauch, weil der Prozess schon bei geringer Hitze und in kurzer Zeit ablaufe. Das reduziert Aufwand und Kosten des Recyclings.

„Beim Recycling sind die Kosten der entscheidende Faktor“, betont Lin. „Daher könnte dieses Verfahren ein Durchbruch sein, um das chemische Recycling auf den Weg zur Kommerzialisierung zu bringen.“

Das neue katalytische Verfahren wurde in Zusammenarbeit von Forschern der Washington State University unter Leitung von Prof. Hongfei Lin und Forschern des Pacific Northwest National Laboratory unter Leitung von Prof. Jim Pfaendtner entwickelt.

mg