Kluthe Magazin
Kunststoffabfälle enthalten wertvolle Rohstoffe, die zur Herstellung neuer Kunststoffprodukte genutzt werden können. Mechanische Recyclingverfahren geraten jedoch beim Wiedergewinnen von Ressourcen aus gemischtem und verunreinigtem Kunststoffmüll an ihre Grenzen. Hier setzt chemisches Recycling an: Durch Depolymerisation – insbesondere über Pyrolyse und Solvolyse – lassen sich Zwischenprodukte und Sekundärrohstoffe auch aus bislang nicht oder nur schwer verwertbaren Abfallströmen zurückgewinnen. Wie funktioniert die chemische Verwertung und welche Herausforderungen bringt die industrielle Umsetzung dieser Form der Rohstoffrückgewinnung mit sich?
Was ist chemisches Recycling?
Unter dem Begriff chemisches Recycling werden Aufbereitungsverfahren zusammengefasst, bei denen Kunststoffabfall teilweise oder vollständig in seine ursprünglichen Grundbausteine (Polymere, Monomere oder Atome) umgewandelt wird. Ein Synonym für diese Innovation ist molekulares Recycling. Im Vordergrund stehen derzeit folgende Recycling-Technologien:
Thermische Depolymerisation
Bei der thermischen Depolymerisation werden die Kunststoffabfälle mithilfe hoher Temperaturen und Drücke in Moleküle zerlegt. Geschieht die Zersetzung unter Luftabschluss, ist von Pyrolyse die Rede. Wird Sauerstoff zugeführt, handelt es sich um eine Gasifizierung. Beide Verfahren der Depolymerisation befreien die Kunststoffe von Verunreinigungen wie Additive und zerlegen sie in unterschiedlichste Endprodukte wie:
- Wachse
- Kraftstoffe
- Schmierstoffe
- Basischemikalien
Die Pyrolyse läuft bei Temperaturen von 500 bis 1.100 °C ab. Bei der Gasifizierung sind es 1.300 bis 1.500 °C.
Chemische Depolymerisation
Bei dieser auch als Solvolyse bezeichneten Methode werden die Polymere durch chemische Prozesse aufgespalten. Hierbei kommen beispielsweise folgende Reagenzien zur Anwendung:
- Methanol
- Glykol
- Wasser
Mit 150 bis 400 °C sind die Temperaturen bei der Solvolyse deutlich geringer als bei der Pyrolyse oder der Gasifizierung. Zur Prozessoptimierung können Katalysatoren eingesetzt werden, die das Verfahren beschleunigen. Geeignet ist die chemische Depolymerisation unter anderem für PET-Kunststoffe (z. B. undurchsichtige Flaschen, die bislang nicht werkstofflich recycelbar waren) und Polyurethane (z. B. Schaumstoffe in Matratzen).
Lösemittelbasiertes Kunststoffrecycling
Auch lösemittelbasierte Verfahren, obwohl physikalischer Natur, werden häufig zur chemischen Verwertung gezählt. Hierbei handelt es sich allerdings nicht um chemisches Recycling im eigentlichen Sinne, da die chemische Struktur des Ausgangsmaterials erhalten bleibt. Vielmehr sind darunter lösemittelbasierte Verfahren zu verstehen, mit denen sich Zusatzstoffe wie Farbadditive vom organischen Polymer trennen lassen. Der so erzeugte Sekundärkunststoff hat nahezu dieselben Eigenschaften wie neuer Kunststoff.
Welche Vorteile bietet chemisches Recycling?
Gegenüber dem mechanischen Recycling hat die chemische Verwertung von Kunststoffen mehrere entscheidende Vorzüge:
Weniger Einschränkungen hinsichtlich der recycelbaren Abfälle
Zum einen lässt sich das chemische Recycling für gemischte Abfallströme mit verschiedenen Kunststoffarten einsetzen, die sich nicht ohne Weiteres trennen lassen. Zum anderen stellen Verschmutzungen wie anhaftende Essensreste ein wesentlich geringeres Problem dar als beim mechanischen Kunststoffrecycling. Für Letzteres muss der Müll sortenrein getrennt und gereinigt werden, sodass letztlich nur eine Art von Kunststoff ohne Verunreinigungen vorliegt. Chemisches Recycling eignet sich hingegen auch für Abfälle, bei denen eine Sortierung aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nicht sinnvoll ist, oder für Kunststoffmüll, der anderweitig nicht wiederverwertbar wäre.
Keine Limitierung für aus den gewonnenen Ressourcen geschaffene Neuprodukte
Chemisches Kunststoffrecycling zerlegt Kunststoffabfälle in ihre Grundbausteine. Das Ergebnis ist ein perfekter Ersatz für aus Rohöl erzeugte Ausgangsstoffe. Daraus können Kunststoffe aller Arten und Farben hergestellt werden. Beim mechanischen Recycling gibt der Plastikmüll die Kunststoffsorte und die Farbe der Recyclingerzeugnisse vor. Aus einem farbigen Recyclat ein weißes Produkt zu fertigen, ist damit nicht möglich.
Per Solvolyse und anderen chemischen Verfahren gewonnene Kunststoffe sind von höchster Qualität und lassen sich sogar für Lebensmittelverpackungen oder medizinische Anwendungen verwenden. Durch mechanisches Kunststoffrecycling wiedererlangte Sekundärrohstoffe erreichen die Reinheit für solche anspruchsvollen Einsatzgebiete nicht.
Bessere Ressourcennutzung
Indem chemisches Recycling zusätzliche Optionen für die Verwertung von Kunststoffmüll bietet, unterstützt es die Entwicklung einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft. Damit hilft es, die Ressourceneffizienz zu verbessern, Abfälle zu verringern und die Umweltbelastung zu reduzieren.
Wie ist die CO2-Bilanz beim chemischen Kunststoffrecycling?
Hinsichtlich des Energieeinsatzes liegt die chemische Verwertung von Kunststoffabfall im Bereich des mechanischen Recyclings. Im Unterschied zu diesem entstehen statt des Regranulats Sekundärrohstoffe wie Pyrolyse-Öl und Synthesegas. Die Sekundärrohstoffe lassen sich zur Erzeugung neuer Kunststoffe und anderer Produkte einsetzen, wodurch sie fossile Rohstoffe wie Erdöl und Erdgas einsparen. Die dafür erforderlichen zusätzlichen Prozessschritte erhöhen allerdings den Gesamtenergiebedarf gegenüber dem mechanischen Kunststoffrecycling. Abhängig von Abfallart und Verfahren lassen sich beim chemischen Recycling zwischen 50 und 80 Prozent des Kohlenstoffs zurückgewinnen und damit zur Defossilisierung der Kunststoffproduktion beitragen.
Da es bislang an ausreichenden Kapazitäten für die chemische Verwertung von Kunststoffabfällen fehlt, müssen derzeit chemisch recycelte und fossile Rohstoffe zusammen verarbeitet werden. Langfristig wird es aber möglich sein, durch Pyrolyse, Solvolyse und anderen Verfahren genügend Sekundärrohstoffe bereitzustellen, um neue Kunststoffe im industriellen Maßstab ohne den zusätzlichen Einsatz nicht erneuerbarer organischer Materialien herzustellen. Grundsätzlich hängt die CO2-Bilanz des chemischen Recyclings von verschiedenen Faktoren ab, darunter die spezifische Anlagentechnik und die verwendete Energiequelle. Werden zur Erzeugung der benötigten Temperaturen regenerative Energien eingesetzt, sind die Kohlenstoffdioxid-Emissionen deutlich geringer als bei der Nutzung fossiler Energieträger. Dass chemisches Recycling dazu beiträgt, die Menge an Kunststoffmüll zu reduzieren, der sonst verbrannt oder deponiert würde, wirkt sich gleichfalls positiv auf die CO2-Bilanz aus.
Welche Herausforderungen bringt die chemische Verwertung von Kunststoffen mit sich?
Das chemische Kunststoffrecycling bietet große Chancen für die Wiederverwertung von Kunststoffabfällen, die sich mit herkömmlichen Methoden schwer oder überhaupt nicht recyceln lassen. Die derzeit zur Depolymerisation eingesetzten Technologien sind jedoch zum Teil sehr komplex und erfordern Chemikalien und Lösungsmittel, die bei nicht ordnungsgemäßer Handhabung eine potenzielle Umweltgefahr darstellen. Die Kosten bei Solvolyse, Pyrolyse und Co. sind in aller Regel höher als beim mechanischen Recycling, was sich nachteilig auf die wirtschaftliche Rentabilität auswirkt.
Gelingt es, diese Herausforderungen durch die Verbesserung vorhandener und die Entwicklung neuer Technologien zu lösen, kann chemisches Recycling einen positiven Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit in der Chemieindustrie leisten. Umweltbewusste Kunststoff- und Chemieunternehmen investieren enorme Summen in entsprechende Verfahrenstechnik und die Qualitätssicherung im Wiederverwertungsprozess. Bis 2030 sollten mehr als acht Milliarden Euro in den Ausbau chemischer Recyclinganlagen in Europa fließen, mit denen zusätzlich bis zu 2,8 Millionen Tonnen Kunststoff hergestellt werden könnten. Bis 2050 wollen die europäischen Kunststoffhersteller sogar komplett ohne fossile Rohstoffe auskommen.
Eine weiterführende Übersicht zu Recyclingverfahren finden Sie auf:
https://plasticseurope.org/de/nachhaltigkeit/kreislaufwirtschaft/recycling/chemisches-recycling/
Kluthe und Rematec
Die Kluthe-Gruppe verbindet ihre Kompetenz in der Entwicklung und Herstellung hochwertiger Chemikalien mit einer nachhaltigen Verantwortung: Reststoffe, die bei der Anwendung ihrer Produkte entstehen, werden umweltschonend aufbereitet.
Ein zentraler Bestandteil dieses Engagements ist die Rematec GmbH – eine 100%ige Tochtergesellschaft der Chemische Werke Kluthe GmbH. Als eines der führenden Unternehmen im Recycling-Bereich unterstützt sie ihre Geschäftspartner mit maßgeschneiderten Lösungen für die Entsorgung und Verwertung von Abfällen. Dabei steht die Rückführung gewonnener Rohstoffe in den Wirtschaftskreislauf klar im Fokus.
