Weit verbreiteter Kunststoff Neues Recyclingverfahren für Polyethylen entwickelt
In der Grafik wird dargestellt, wie lange Polyethylenketten zunächst durch einen Metallkatalysator (grüne Kugeln) in Gegenwart von Ethylen (oben links) in einer Reaktion gespalten werden.
(Foto: Brandon Bloomer, UC Berkeley)
Polyethylen ist ein äußerst stabiler und sehr verbreiteter Kunststoff. Doch seine Reaktionsträgheit macht ein Recycling sehr schwer. Forschenden gelingt es mit einem chemischen Umweg dennoch, den weit verbreiteten Stoff weiterzuverwenden.
Wissenschaftler haben ein neues Verfahren zum Recyceln des überaus gängigen Kunststoffs Polyethylen entwickelt. Dabei entsteht in mehreren Reaktionsschritten der hochwertige Kunststoff Propylen, der Ausgangsstoff für die Herstellung des Kunststoffs Polypropylen (PP). Dieser wiederum kann für viele Zwecke benutzt werden und ist - im Gegensatz zu Polyethylen - auch gut recycelbar.
Milchverpackungen, Shampooflaschen, Plastiktüten: Etwa ein Drittel der Plastikproduktion entfällt auf Polyethylen (PE). Doch wegen seiner Stabilität lässt sich dieser Kunststoff nur schwer wiederverwerten. Bisher werden nur etwa 14 Prozent davon recycelt, wobei Polymermischungen entstehen, die zu Bodenbelägen oder anderen minderwertigen Kunststoffen verarbeitet werden.
"Die mechanische Beständigkeit und chemische Trägheit handelsüblicher Kunststoffe hat zu ihrer weit verbreiteten Verwendung im täglichen Leben geführt", schreiben John Hartwig und seine Kollegen von der University of California in Berkeley in der Fachzeitschrift "Science". "Aber dieselben Eigenschaften erschweren ihr Recycling."
Denn die Reaktionsträgheit verhindert die chemische Zerlegung der langen Polymerketten. Dafür fand das Team um Hartwig nun eine Lösung. Die Studienautoren beschreiben die Umwandlung in Propylen - den Grundstoff von Polypropylen (PP), das unter anderem für Kunststoffrohre und Armaturen in Fahrzeugen verwendet wird.
Aufspaltungen mit Umweg
Die Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoff-Atomen einer langen Polyethylen-Kette lassen sich nicht effizient chemisch trennen. Die Wissenschaftler gingen deshalb einen kleinen Umweg: Sie spalteten mithilfe von Platin-Zinn- und Platin-Zink-Katalysatoren zunächst einige Wasserstoffatome von den Kohlenstoff-Atomen ab. Dadurch entstehen in der Polyethylen-Kette einige Kohlenstoff-Doppelbindungen, die die Reaktionsfreudigkeit erhöhen. An diese Kohlenstoff-Atome mit Doppelbindung docken Ethylenmoleküle an, die in großen Mengen im Reaktionsgefäß vorhanden sind. Durch Zugabe eines weiteren Katalysators spalten sich nun Propylenmoleküle von der Kette ab.
Eine weitere Reaktion, Isomerisierung genannt, macht den Prozess noch effizienter. Im Ergebnis werden mehr als 80 Prozent des Polyethylens in Propylen umgewandelt, aus dem dann Polypropylen hergestellt werden kann. Bislang dient oft Schiefergas, das durch die umstrittene Fracking-Förderung gefördert wird, als Basis für die Polypropylen-Produktion.
"Wir würden weniger Schiefergas für diesen Zweck oder für die anderen Verwendungen von Propylen verwenden", wird Hartwig in einer Mitteilung seiner Universität zitiert. Die Polypropylen-Herstellung würde dadurch also auch umweltfreundlicher.
Dieselbe Forschergruppe hat kürzlich ein Verfahren vorgestellt, mit dem Polyethylen-Tüten in Klebstoffe umgewandelt werden können. Beide Verfahren seien zwar noch weit von der kommerziellen Nutzung entfernt, räumt Hartwig ein. "Aber es ist leicht zu erkennen, wie dieses neue Verfahren die größte Menge an Kunststoffabfällen in ein riesiges chemisches Ausgangsmaterial umwandeln würde - natürlich mit viel Weiterentwicklung." Die Forscher sind optimistisch, da die im Labor verwendeten Prozesse eng verwandt sind mit Reaktionen, die bereits im industriellen Maßstab mit verschiedenen Katalysatoren durchgeführt werden.
