Da nur ein kleiner Prozentsatz von Kunststoffen recycelt wird, kann die Bestimmung des besten Weges zum Recycling und zur Wiederverwendung dieser Materialien eine stärkere Akzeptanz des Kunststoffrecyclings ermöglichen und die Verschmutzung durch Kunststoffabfälle verringern. Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums (DOE) untersuchten die Vorteile und Kompromisse aktueller und neuer Technologien für das Recycling bestimmter Arten von Kunststoffen, um die am besten geeigneten Optionen zu ermitteln.
Die Forscher stellten einen Vergleich verschiedener Technologien für das Recycling im geschlossenen Kreislauf bereit, die die Wiederverwendung von Kunststoff durch mechanische oder chemische Verarbeitung ermöglichen und den Bedarf an aus fossilen Brennstoffen gewonnenen Neumaterialien eliminieren. Sie berücksichtigten technische Kennzahlen wie Materialqualität und -retention sowie Umweltkennzahlen wie Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen.
„Wir wissen, dass die Kosten einer der wichtigsten – wenn nicht sogar der wichtigste – Faktor für das Recycling von Unternehmen sind, die darin investieren wollen“, sagte Taylor Uekert, Hauptautor von „Technical, economic, and Environmental Comparison of Closed-Loop Recycling Technologies for Common“. Kunststoffe“, die in der Zeitschrift erscheint ACS Nachhaltige Chemie & Technik. „Aber ich denke, es ist einfach so wichtig, sich daran zu erinnern, dass es andere Dinge gibt, die für unser Leben auf diesem Planeten ebenso wichtig sind, und wir müssen auch diese Umweltauswirkungen berücksichtigen.“
Ihre Co-Autoren, alle von NREL, sind Avantika Singh, Jason DesVeaux, Tapajyoti Ghosh, Arpit Bhatt, Geetanjali Yadav, Shaik Afzal, Julien Walzberg, Katrina Knauer, Scott Nicholson, Gregg Beckham und Alberta Carpenter.
Der Artikel skizziert, wie effektiv Recycling-Technologien mit geschlossenem Kreislauf bei Polyethylenterephthalat (PET) und drei Arten von Polyolefinen funktionieren würden: Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und Polypropylen (PP). Diese Kunststoffe haben viele Verwendungen. Aus PET werden beispielsweise Flaschen, Tabletts und Teppiche hergestellt. HDPE findet sich in Milchkännchen, Tüten, Behältern und Spielzeug. LDPE wird üblicherweise zur Herstellung von zusammendrückbaren Flaschen, Deckeln und Beuteln verwendet. PP hingegen wird zur Herstellung von Joghurtbechern, Kleiderbügeln und Strohhalmen verwendet.
Die Recyclingquoten dieser Polymere variierten in den Vereinigten Staaten im Jahr 2019 von 2 % für LDPE bis 15 % für PET-Flaschen und -Behälter.
„PET ist wie Ihre gewöhnliche Einweg-Wasserflasche“, sagte Uekert. „Sie könnten das recyceln. Aber höchstwahrscheinlich wird es am anderen Ende nicht als Flasche herauskommen. Es wird als Plastiktablett herauskommen, um Essen darauf zu legen, oder es könnte in Plastikfasern umgewandelt werden, die für Kleidung verwendet werden könnten. Es geht zurück in dieselbe Art von Kunststoff, aber nicht unbedingt in genau dieselbe Art von Kunststoffprodukt.“
Für HDPE-, LDPE- und PP-Kunststoffe stehen zwei Recyclingverfahren mit geschlossenem Kreislauf zur Verfügung: mechanisch, bei dem der Kunststoff zerkleinert, geschmolzen und zu etwas Neuem verarbeitet wird; und lösemittelbasierte Auflösung, die Verunreinigungen entfernt, so dass der Kunststoff von geeigneter Qualität für die Wiederverwendung ist. Dieselben Prozesse können zusätzlich zu drei chemischen Recyclingtechnologien auf PET angewendet werden: enzymatische Hydrolyse, Glykolyse und Methanolyse.
Jedes Jahr fallen weltweit mehr als 400 Millionen Tonnen Plastikmüll an. Aktuelle Recyclingstrategien können einen Bruchteil dieser Kunststoffe erfassen, aber es fehlt an konsistenten Daten zu den Möglichkeiten und Auswirkungen dieser Prozesse. Die NREL-Studie hat die Leistung von Kunststoffrecyclingtechnologien quantitativ charakterisiert – einschließlich Faktoren, die normalerweise nur qualitativ diskutiert werden, wie z.
„Man kann Plastik nicht nur recyceln“, sagt Uekert. „Wie effektiv können Sie diesen Kunststoff recyceln?“
Obwohl das mechanische Recycling alle anderen Technologien sowie die Produktion von neuem Kunststoff in wirtschaftlichen und ökologischen Kennzahlen übertrifft, ergibt das Verfahren Kunststoff von geringerer Qualität. Die Erhöhung der Qualität und Quantität der zu recycelnden Kunststoffe durch bessere Sortierung und Vorbehandlung könnte die Durchführbarkeit des mechanischen Recyclings verbessern, sagten die Forscher.
„Um wirklich ein Kreislaufsystem zu ermöglichen, in dem wir so viel Material wie möglich in der Wirtschaft halten, müssen wir uns wirklich verbessern [material] durch Dinge wie eine bessere Sortierung und eine bessere Ausbeute Ihrer Recyclingprozesse“, sagte Uekert.
„Wenn Sie einen Prozess haben, der nur eine Ausbeute von 75 % hat, benötigen Sie am Ende etwas mehr Strom, etwas mehr Chemikalien, um ein Kilogramm Kunststoff zu recyceln, als wenn Sie eine Ausbeute von 90 % oder mehr hätten . Das bedeutet, dass Ihre gesamten Umweltauswirkungen, Ihre Gesamtkosten, sinken werden, wenn Sie Ihre Materialretention erhöhen.“
Die Forscher wiesen darauf hin, dass Recycling als Möglichkeit der Dekarbonisierung behandelt werden sollte, wobei die Technologien Strom verwenden, der aus erneuerbaren Quellen erzeugt werden könnte.
Mehr Informationen:
Taylor Uekert et al, Technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Vergleich von Recyclingtechnologien mit geschlossenem Kreislauf für gängige Kunststoffe, ACS Nachhaltige Chemie & Technik (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c05497