Forschungsteam der ETH Zürich entwickelt mithilfe von Ruthenium Grundlagen zur chemischen Aufspaltung von Kunststoffen.
Plastikverschmutzung zählt zu den größten Umweltproblemen. 400 Millionen Tonnen Kunststoffabfall fallen nach Angaben der Vereinten Nationen jährlich an. Recycling und der Aufbau einer Kreislaufwirtschaft gelten – neben der Vermeidung neuer Plastikabfälle – als wichtiger Lösungsansatz. Auf dem Weg dahin könnte ein Forschungsteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich jetzt einen bedeutenden Beitrag geleistet haben.
Bislang werden Kunststoffabfälle vor allem mechanisch rezykliert, also zerkleinert und dann eingeschmolzen. Doch die Qualität der so neu entstehenden Kunststoffprodukte nimmt bei jedem Recyclingschritt ab, wie in der Pressemitteilung der Schweizer Hochschule erklärt wird.
Als Alternative werden Methoden entwickelt, bei denen langkettige Kunststoffmoleküle – Polymere – chemisch in ihre Bausteine, die Monomere, zerlegt werden. Diese kürzerkettigen Molekülen könnten zum Beispiel der Herstellung von Benzin, Kerosin oder Motorenöl dienen oder aber durch weitere Produktionsschritte zu neuen, hochwertigen Kunststoffen werden.
Zielgerichtet recyceln: Metallkatalysator und Rührmethode entscheidend
Für die nötige Aufspaltung der Polymerketten haben die Forscher um Javier Pérez-Ramírez, Professor für Katalyse-Engineering, neue Grundlagen geschaffen. Sie untersuchten die Spaltung von Polyethylen und Polypropylen, die zusammen 60 Prozent der Kunststoffabfälle ausmachen, mit Wasserstoff. Dieser wird hinzugeleitet, nachdem der Kunststoff in einem Stahltank geschmolzen wurde. Eine wichtige Rolle spielt dabei der richtige pulverförmige Katalysator; als geeignet habe sich etwa das Metall Ruthenium erwiesen. Nach Angaben der Forscher könne dadurch beeinflusst werden, dass vor allem Moleküle einer bestimmten gewünschten Kettenlänge und möglichst wenig Nebenprodukte wie Methan oder Propan entstehen.
Sie fanden außerdem heraus, dass das richtige Rühren, also das verwendete Werkzeug und die Geschwindigkeit, entscheidend sind, damit das Katalysatorpulver und der Wasserstoff in der Kunststoffschmelze – die tausendmal dickflüssiger ist als Honig – auch überall hinkommen.
Resultat der Arbeit war eine mathematische Formel für den gesamten Prozess des chemischen Recyclings mit all seinen Parametern, „der Traum eines jeden Chemieingenieurs“, so Pérez-Ramírez. Diese könnte nun von der gesamten Wissenschaftsgemeinde genutzt werden, etwa um die Wahl des Katalysators weiter zu optimieren. Auf dieses Vorhaben will sich auch das Team der ETH Zürich zunächst konzentrieren. Außerdem eignen sich die erarbeiteten Grundlagen, um die Technologie künftig vom Labormaßstab auf große Recyclinganlagen zu skalieren.
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