Kunststoffe sind preiswert herzustellen und lange haltbar. Doch genau diese Eigenschaften werden zum Problem, wenn es um das Thema Entsorgung geht. Von Natur aus werden die stabilen Polymer-Verbindungen kaum abgebaut und reichern sich deshalb in der Umwelt an. Die eingesammelten Plastikabfälle werden bislang oft verbrannt. Ein anderer Teil wird mechanisch recycelt, also zu Granulat geschreddert, das zu neuen, aber meist geringerwertigen Plastikprodukten weiterverarbeitet werden kann. Das funktioniert allerdings nicht immer und vorzugsweise bei sortenreinen Kunststoffen. Andere Verfahren zielen darauf, die Polymere chemisch wieder in ihre Grundeinheiten zu zerlegen. Da die Kunststoffe dafür allerdings aufwendig sortiert, gereinigt und aufbereitet werden müssen, ist Recyclingplastik oft teurer als neu aus Erdöl erzeugtes Plastik.
Abbau der Polymerketten
Ein Team um Richard Conk von der University of California in Berkeley hat nun ein neues chemisches Recyclingverfahren entwickelt, das zumindest im Labormaßstab die Kunststoffe Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) effektiv in die industriell nutzbaren Gase Propylen und Isobutylen umwandelt. PE und PP sind die am weitesten verbreiteten Kunststoffe und machen zusammen etwa zwei Drittel der weltweiten Plastikabfälle aus. „Die selektive Umwandlung von Polyethylen, Polypropylen und Mischungen der beiden Polymere in Produkte, an denen ein hoher Bedarf besteht, ist dringend erforderlich, da die derzeitigen Verfahren eine geringe Selektivität aufweisen, große Mengen an Treibhausgasen erzeugen oder auf teure Einwegkatalysatoren angewiesen sind“, schreibt das Forschungsteam.
Als Alternative zu teuren Katalysatoren aus früheren Ansätzen kombinierten Conk und sein Team zwei Katalysatoren, die preiswert verfügbar sind und bereits für andere Zwecke industriell verwendet werden: Einer der beiden Katalysatoren, Natrium auf Aluminiumoxid, sorgt dafür, dass die eigentlich stabilen Polymerketten bei vergleichsweise geringen Temperaturen von 320 Grad Celsius aufbrechen. An der Bruchstelle bleibt dabei eine reaktive Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung zurück. Um das überschüssige Kohlenstoffatom abzuspalten und zu verwenden, kommt als weiterer Ausgangsstoff Ethylengas hinzu, das dank des zweiten Katalysators, Wolframoxid auf Siliziumdioxid, mit dem Kohlenstoff zu Propylengas reagiert. Nach und nach wird so die gesamte Polymerkette zerlegt und umgewandelt. „Das Polymer ist vergleichbar mit einer Perlenkette“, veranschaulicht Conks Kollege John Hartwig. „Die Schlösser am Ende verhindern, dass die Perlen herausfallen. Aber wenn man die Kette in der Mitte zerschneidet, kann man eine Perle nach der anderen herausnehmen.“
