Kunststoffrecycling in der Chemie

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Kunststoffe sind als Verpackungsmaterial, Isolierungen, Werkstoff für unterschiedlichste Maschinen und Geräte sowie als Beschichtungsstoff weit verbreitet. Leider breiten sie sich auch immer mehr in der Umwelt aus. Abhilfe kann das Recycling von Kunststoff schaffen. Allerdings ist nicht alles, was an Kunststoffrecycling in der Chemie möglich ist, auch umweltfreundlich. Die Möglichkeiten der Kunststoffverwertung reichen von der werkstofflichen Wiederverwendung über die rohstoffliche Aufbereitung bis hin zur energetischen Nutzung. Hier erhalten Sie einen Überblick über chemische Verfahren, mit denen sich Kunststoffabfälle verwerten lassen.

Beschaffenheit der Kunststoffabfälle und Grad der Vermischung

Die Auswahl von Recyclingverfahren im Rahmen des Kunststoffrecyclings hängt von der Beschaffenheit der Materialien und vom Grad der Vermischung der unterschiedlichen Wertstoffe ab. Bei der Beschaffenheit unterscheiden sich Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere voneinander. Thermoplaste (z. B. PVC, Polyethylen, Polypropylen) werden beim Erhitzen weich. So lassen sie sich leicht in eine neue Form pressen und nach dem Erkalten wiederverwenden.

Um sie zu recyceln, können die chemischen Verbindungen in den Makromolekülen aufgelöst werden (Solvolyse). Elastomere verhalten sich wie Gummi. Auch sie zersetzen sich bei hohen Temperaturen. Eine Verwertung ist außerdem nach dem Zerkleinern beispielsweise als Füllstoff in Bitumen möglich.

Der Grad der Vermischung entscheidet über zusätzliche Arbeitsschritte beim Kunststoffrecycling. Am leichtesten lassen sich sortenreine Kunststoffabfälle verwerten. Sind unterschiedliche Kunststoffarten miteinander vermischt, mit anderen Werkstoffen verbunden oder verschmutzt, ist die Wiederverwertung meist nur nach aufwändigen Trenn- und Sortierprozessen möglich. Das trifft vor allem auf gesammelte Verpackungsabfälle, Verbundwerkstoffe und beschichtete Bauteile zu. Die Oberflächentechnik verbessert die Gebrauchseigenschaften von Kunststoffteilen häufig durch Beschichtungen, die das Recycling von Kunststoff stören und deshalb zuvor entfernt werden müssen.

Möglichkeiten der Kunststoffverwertung im Überblick

Für die Verwertung von Kunststoffen stehen für eine nachhaltige Chemie werkstoffliche, rohstoffliche und energetische Verfahren zur Verfügung. Beim werkstofflichen Recycling bleibt das Material erhalten. Die Wertstoffe werden durch trocken- und nasschemische oder lösemittelbasierte Aufbereitung auf einen erneuten Einsatz vorbereitet. Die genutzten Prozesse sind vorwiegend mechanisch-physikalischer Natur. Die Chemie kommt bei der rohstofflichen Kunststoffverwertung zum Einsatz. Ziel ist die Umwandlung von Kunststoff in einen Rohstoff, der zu den gleichen oder neuen Materialien weiterverarbeitet werden kann. Die energetische Verwertung gehört nicht zum Kunststoffrecycling in der Chemie, weil die Stoffe zur Energiegewinnung verbrannt werden. Dennoch bildet sie eine der Möglichkeiten der Kunststoffverwertung, wenn weder werkstoffliches noch rohstoffliches Recycling wirtschaftlich sinnvoll umsetzbar sind.

Welche dieser Möglichkeiten der Kunststoffverwertung im Einzelfall zum Tragen kommt, hängt von mehreren Faktoren ab: der Kunststoffart, dem Reinheitsgrad des Materials, der verfügbaren Menge und den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Das Ziel einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft ist es, möglichst viele Kunststoffe auf der höchsten Verwertungsstufe zu halten und den Anteil der energetischen Nutzung zu minimieren.

Chemische Kunststoffrecycling-Verfahren

Zum chemischen Kunststoffrecycling zählen die Verölung, die Solvolyse, die Vergasung und die Pyrolyse. Diesen Prozessen geht häufig eine Vorbehandlung voraus, bei der störende Stoffe von den Kunststoffen getrennt werden.

Beispiele dafür sind die Trennung von Verbundmaterialien (Getränkekartons, beschichtete Folien) und das Entschichten von Kunststoffoberflächen. Für die Entlackung gibt es nachhaltige Produkte. Die bei diesen Vorbereitungsschritten anfallenden Reststoffe lassen sich ihrerseits durch geeignete Verfahren der Wertstoffaufbereitung zurückgewinnen, sodass auch die Vorstufen des Kunststoffrecyclings zur Ressourcenschonung beitragen.

Verölung

Bei diesem Recyclingverfahren wandeln sich Kunststoffe durch thermische oder katalytische Reaktionen in ölige Flüssigkeiten um. Das setzt voraus, dass die Kunststoffabfälle möglichst sortenrein getrennt sind. Der Prozess läuft in einem Rührkesselbehälter bei Temperaturen bis 400 °C ab. Bei diesen Temperaturen verflüssigen sich die Kunststoffabfälle.

Außerdem entstehen gasförmige Nebenprodukte und wachsartige Rückstände, die von der Flüssigkeit abgetrennt werden. Nach der Verflüssigung wird das Ölgemisch gereinigt und destilliert. Für die anschließende Trennung der einzelnen Ölfraktionen kommt häufig die Fraktionierung zum Einsatz. Das gewonnene Öl kann als Dieselkraftstoff eingesetzt oder als Grundstoff in der Chemie weiterverarbeitet werden.

Solvolyse

Die Solvolyse ist ein chemisches Verfahren, bei dem spezielle Lösungsmittel die chemischen Bindungen der Polymerketten, aus denen die Kunststoffe bestehen, zerstören. Je nach eingesetztem Material wird der Vorgang durch erhöhte Temperaturen unterstützt.

Das Lösungsmittel wird in der Regel im Kreislauf geführt. Aus den Grundbausteinen lassen sich je nach eingesetztem Abfallstoff wertvolle Grundstoffe zurückgewinnen.

Vergasung

Die Vergasung von Kunststoff erfolgt bei Temperaturen bis zu 1.600 °C und bis zu 150 bar unter geringfügiger Sauerstoffzufuhr. Der Sauerstoff reicht für die Verbrennung des Gases nicht aus, er dient lediglich als Reaktionspartner für den Kohlenstoff. Es entsteht ein Gemisch aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, das vor der Weiterverarbeitung von Nebenprodukten getrennt werden muss. Aus diesem Synthesegas kann die Chemie Grundstoffe für unterschiedliche Produkte herstellen. Ein Endprodukt ist beispielsweise GTL-Öl, das in vielen Erzeugnissen für die Oberflächentechnik eingesetzt wird.

Pyrolyse

Die Pyrolyse ist ein Verfahren zur rohstofflichen Verwertung von Kunststoffen, bei dem sich die Abfälle unter komplettem Luftabschluss bei Temperaturen zwischen 150 und 700 °C thermisch zersetzen. Das älteste Beispiel für diesen Prozess ist die Holzkohlegewinnung in Kohlenmeilern. Bei der Pyrolyse entstehen feste, flüssige und gasförmige Produkte, die zu chemischen Grundstoffen weiterverarbeitet werden.

Kunststoffrecycling und Oberflächentechnik

Die Verwertung von Kunststoffen steht in engem Zusammenhang mit der Oberflächentechnik. Viele Kunststoffbauteile — etwa Stoßfänger, Gehäuse oder Verkleidungen — tragen Lackierungen oder funktionale Beschichtungen, die vor dem Recycling entfernt werden müssen. Ohne eine sorgfältige Entschichtung gelangen Fremdstoffpartikel in das Rezyklat und mindern dessen Qualität erheblich. Gerade im Automobilbereich, wo große Mengen gleichartiger Kunststoffteile anfallen, ist die fachgerechte Vorbehandlung durch Entlackung eine Voraussetzung für hochwertiges Kunststoffrecycling.

Gleichzeitig profitiert die Oberflächentechnik selbst von den Fortschritten bei der Verwertung von Kunststoffen in der Chemie. Aus der Vergasung gewonnenes Synthesegas dient als Ausgangsstoff für GTL-Öle, die wiederum in Kühlschmierstoffen und anderen Prozessmedien zum Einsatz kommen. Und die bei der Lackierung anfallenden Lackkoagulate, die Kunststoffbestandteile enthalten, lassen sich über spezialisierte Aufbereitungsverfahren wie das Resolve-T-Verfahren in verwertbare Rohstoffe umwandeln. So greifen Kunststoffrecycling und Oberflächentechnik an mehreren Stellen ineinander.

Vergleich der Recyclingverfahren

Das chemische Kunststoffrecycling ist mit einem hohen Aufwand an Energie und vorbereitenden sowie nachfolgenden Prozessschritten verbunden, bei denen zusätzliche Hilfsstoffe benötigt werden. Der Wiederverwertung durch stoffliches Recycling gebührt deshalb der Vorrang. Die Wertstoffe werden dabei ohne chemische Veränderungen erneut eingesetzt. Ist dies nicht möglich, erweist sich die energetische Verwertung oft als nachhaltiger. Unter bestimmten Bedingungen sind chemische Recyclingverfahren dennoch vorteilhaft. Sie erlauben das Ausschleusen von Schadstoffen aus dem Stoffkreislauf und können der Chemieindustrie wertvolle Rohstoffe liefern.

Letzteres ist besonders dann der Fall, wenn größere Mengen homogener Kunststoffabfälle aus einem oder ähnlich beschaffenen Materialien verfügbar sind. Die Forschung arbeitet intensiv an der Verbesserung der Verfahren zum Kunststoffrecycling. Dadurch wird diese Form der Kunststoffverwertung in Zukunft langsam immer mehr Raum gewinnen. Langfristig werden sich die verschiedenen Möglichkeiten der Kunststoffverwertung ergänzen: werkstoffliches Recycling für sortenreine Ströme, chemisches Recycling für verunreinigte oder vermischte Abfälle und energetische Nutzung als letzte Option. Entscheidend ist, dass jede Stufe der Verwertung von Kunststoffen so effizient wie möglich gestaltet wird, um den Einsatz fossiler Primärrohstoffe zu reduzieren und die Umweltbelastung zu minimieren.