Polyethylen nachhaltiger chemisch recyceln

Biegetest an einer Handyhülle aus nachhaltig chemisch recyceltem Polyethylen. Fotos: Mecking, Uni Konstanz

Chemiker der Universität Konstanz entwickeln ein Verfahren für ein nachhaltigeres und ergiebigeres chemisches Recycling von Polyethylen-artigen Kunststoffen.

Chemiker der Universität Konstanz um Prof. Dr. Stefan Mecking entwickeln ein nachhaltigeres Verfahren für das chemische Recycling von Polyethylen-artigen Kunststoffen. Die Forscher nutzen dabei „Sollbruchstellen“ auf molekularer Ebene, um den Kunststoff in seine Bestandteile zu zerlegen.

Prof. Dr. Stefan Mecking, Professor für Chemische Materialwissenschaft an der Universität Konstanz. Bild: Uni Konstanz

Das neue Verfahren kommt im Vergleich zur herkömmlichen Pyrolyse ohne extreme Temperaturen aus. Es ist dadurch energiesparender und hat eine deutlich höhere Rückgewinnungsquote (von rund 96 % des Ausgangsstoffes) als etablierte Verfahren.

Mechanisches versus chemisches Recycling

„Das mechanische Recycling funktioniert in der Praxis nur eingeschränkt– weil die Kunststoffe verunreinigt und mit Zusätzen vermischt sind, was die Eigenschaften des Rezyklats verschlechtert“, schildert Mecking. Eine Alternative sei „chemisches Recycling“: Darin wird der gebrauchte Kunststoff durch ein chemisches Verfahren in seine molekularen Grundbausteine zurückgebaut. Aus diesen kann dann wieder ein neuer Kunststoff synthetisiert werden.

Hürden des chemischen Recyclings von Polyethylen

Speziell im Fall von Polyethylen – dem am meisten verwendeten Kunststoff – ist chemisches Recycling jedoch aufwändig. „Die Polymerketten von Polyethylenen sind sehr stabil und nicht so leicht wieder in kleine Moleküle zurückzuführen“, erläutert Mecking. So sind Temperaturen von über 600 °C erforderlich, was das Verfahren energieaufwändig macht. Zugleich ist die Rückgewinnungsquote begrenzt (teils weniger als 10 % des Ausgangsstoffes).

Chemisches Recycling von Polyethylen nachhaltiger machen

Mecking und sein Team berichten nun über ein Verfahren, mit dem Polyethylen-artige Kunststoffe sehr viel energiesparender und mit einer hohen Rückgewinnungsquote von rund 96 % des Ausgangsstoffes chemisch rezykliert werden können. Die Chemiker nutzen hierfür „Sollbruchstellen“ auf molekularer Ebene, welche ein Auftrennen der Polymerkette in kleinere molekulare Bausteine ermöglichen.

„Der Schlüssel für unser Verfahren sind Kunststoffe mit einer nur geringen Dichte an Sollbruchstellen in der Polyethylen-Kette, so dass die kristalline Struktur und die Materialeigenschaften nicht beeinträchtigt werden“, erläutert Mecking und ergänzt: „Diese Klasse von Kunststoffen ist ferner gut für den 3D-Druck geeignet.“

Das Forschungsteam demonstrierte das chemische Recycling-Verfahren an Polyethylen-artigen Kunststoffen auf Pflanzenölbasis. Für das Verfahren sind lediglich Temperaturen von rund 120 °C nötig.

Chemisches Recycling ergiebiger gestalten

Die Chemiker zeigten zudem auch das chemische Recycling aus Gemischen mit anderen Kunststoffen, wie sie in Abfallströmen vorkommen. Die wiedergewonnen Materialien sind in ihren Eigenschaften dem Ausgangsmaterial ebenbürtig, schildert Mecking. „Die Recyclingfähigkeit ist ein wichtiger Aspekt von Zukunftstechnologien auf Kunststoffbasis. Es ist sehr sinnvoll, solch wertvolle Materialien möglichst effizient wiederzuverwenden. Mit unserer Forschung möchten wir einen Beitrag leisten, um chemische Recyclingverfahren bei Kunststoffen nachhaltiger und ergiebiger zu gestalten“, so Mecking an seinem Lehrstuhl für für Chemische Materialwissenschaft an der Uni Konstanz.

Die Forschungsergebnisse wurden am 17. Februar 2021 im Wissenschaftsjournal Nature veröffentlicht.

mg