Forscher entdecken intelligentere Methode zum Recycling von Polyurethan

Forscher der Universität Aarhus haben eine bessere Methode gefunden, um Polyurethanschaum aus Produkten wie Matratzen zu recyceln. Das sind großartige Neuigkeiten für die aufstrebende Branche, die die ursprünglichen Bestandteile des Materials chemisch zurückgewinnen will – und so ihre Produkte billiger und besser machen will.

Polyurethan (PUR) ist ein unverzichtbarer Kunststoff, der in Matratzen, Isolierungen in Kühlschränken und Gebäuden, Schuhen, Autos, Flugzeugen, Rotorblättern für Windräder, Kabeln und vielem mehr verwendet wird. Man könnte es als Wundermaterial bezeichnen, wenn es nicht auch eine Umwelt- und Klimabelastung wäre. Die meisten der weltweit weggeworfenen PUR-Produkte landen in der Verbrennung oder auf Mülldeponien.

Das ist problematisch, denn die Hauptbestandteile des Materials werden vor allem aus fossilem Öl gewonnen. Und dabei geht es um erhebliche Mengen. Im Jahr 2022 erreichte der weltweite Markt für PUR fast 26 Millionen Tonnen, eine Prognose für 2030 geht von knapp 31,3 Millionen Tonnen aus, wobei etwa 60 Prozent davon Schaumstoff in verschiedenen Formen sind.

Es gibt jedoch eine kleine, aber wachsende Industrie, die PUR chemisch in seine ursprünglichen Hauptbestandteile Polyol und Isocyanat zerlegt (depolymerisiert), mit dem Ziel, diese als Rohstoffe in neuen PUR-Produkten wiederzuverwenden.

Bis ihre Produktion tatsächlich mit „jungfräulichen“ Materialien konkurrieren kann, ist es allerdings noch ein weiter Weg. Die Trennung und Reinigung der gewünschten Elemente ist teuer.

Zerlegen und Trennen in einem Arbeitsgang

Hier kommt ein Forscherteam der Universität Aarhus mit einer cleveren Idee ins Spiel. Sie basieren ihre Methode auf dem, was die betreffenden Unternehmen bereits anwenden, nämlich dem Zersetzen von PUR-Schaum mit Säure (Acidolyse).

Allerdings trennen die Unternehmen das zerlegte PUR nicht in Polyol und Isocyanat. Dadurch entsteht ein Gemisch, das nicht direkt recycelt werden kann, sondern von den Kunden zu neuen Rezepturen gezwungen wird.

Die AU-Forscher können PUR nicht nur abbauen und die beiden Hauptbestandteile trennen – sie können das in einem Rutsch tun. Sie erhitzen flexiblen PUR-Schaum mit etwas Bernsteinsäure in einem Reaktor auf 220°C (siehe Infobox). Anschließend verwenden sie einen Filter, der einen Stoff auffängt und den anderen durchlässt.

Es sind die Polyole, die durchkommen, und zwar in einer Qualität, die mit Neupolyol vergleichbar ist, sodass sie bei der Neuproduktion von Polyurethan eingesetzt werden können. Der herausgefilterte feste Anteil des Produktgemisches wird in einem einfachen Hydrolyseprozess in ein sogenanntes Diamin umgewandelt, das bei der Herstellung von Isocyanaten und damit PUR eingesetzt wird.

Auf diese Weise gelingt es den Forschern, bis zu 82 Gewichtsprozent des ursprünglichen Materials aus flexiblem PUR-Schaum – der in Matratzen verwendet wird – als zwei getrennte Fraktionen von Diaminen und Polyolen zurückzugewinnen. Die Forscher haben kürzlich veröffentlicht ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Grüne Chemie.

Enormes Potenzial in der Branche

„Die Methode lässt sich leicht hochskalieren“, betont einer der Autoren der Studie, Steffan Kvist Kristensen, Assistenzprofessor am Interdisziplinären Zentrum für Nanowissenschaften (iNANO) der Universität Aarhus.

Er sieht ein enormes Potenzial für das Recycling der PUR-Schaumstoffabfälle in den Fabriken, die diese als Rohstoff (Blockschaum) in ihrer Produktion verwenden.

„Die Perspektive, auch PUR-Abfälle von Verbrauchern zu verarbeiten, bedarf allerdings noch weiterer Entwicklung“, fügt er hinzu.

Jeder Hersteller in der PUR-Industrie verwendet einzigartige Formeln, um bestimmte Materialeigenschaften für seine Produkte zu erzielen.

Bevor beim Recycling von Polyurethan wirkliche Einsparungen erzielt werden können, müssen daher eine Reihe von Herausforderungen bewältigt werden:

Die Depolymerisation stellt somit nur einen kleinen Teil der Lösung dar.

Die Kombination aus Acidolyse und Hydrolyse haben AU-Forscher auch an regeneriertem PUR-Schaum und PUR-Hartschaum getestet. Und es funktioniert. Die Wege zur Kreislaufwirtschaft sind hier allerdings noch länger.

PUR-Hartschaum wird vorwiegend als Dämmstoff eingesetzt, die Umwandlung in wertvolle Rohstoffe steckt jedoch noch in den Kinderschuhen.

Derzeit testen die Forscher die neue Technologie an anderen Polyurethan-Materialien, um zu sehen, wie diese recycelt werden können. Sie untersuchen auch, wie die Dicarbonsäure, die Teil des Prozesses ist, wiederverwendet werden kann. Darüber hinaus werden sie die recycelten Materialien testen, um neue Produkte herzustellen und zu zeigen, dass die Technologie tatsächlich eine Kreislaufwirtschaft schaffen kann.