Nicht alle Kunststoffe sind gleich – einige Arten und Farben lassen sich leichter recyceln als andere. Beispielsweise landen schwarzer Schaumstoff und schwarze Kaffeedeckel, die oft aus Polystyrol bestehen, meist auf der Mülldeponie, weil Farbzusätze zu einer ineffektiven Sortierung führen. Nun, Forscher Bericht In ACS Zentralwissenschaft die Möglichkeit, einen Zusatzstoff in schwarzen Kunststoffen mithilfe von Sonnenlicht oder weißen LEDs zu nutzen, um schwarze und farbige Polystyrolabfälle in wiederverwendbare Ausgangsmaterialien umzuwandeln.
„Einfache Bestrahlung mit sichtbarem Licht birgt das Potenzial, das chemische Recycling von Kunststoffen zu verändern, indem die Zusatzstoffe verwendet werden, die bereits in vielen kommerziellen Produkten enthalten sind“, sagen die Autoren des Papiers, Sewon Oh, Hanning Jiang und Erin Stache.
Eine neue Strategie für das Kunststoffrecycling besteht darin, mithilfe von Licht Kunststoffe in chemisch nützliche Materialien aufzuspalten, die zu neuen Produkten recycelt werden können. Dieser Prozess erfordert eine Hilfsverbindung, die Licht in die Wärme umwandelt, die zum Aufbrechen von Polymerbindungen erforderlich ist.
Allerdings bleibt es für Forscher eine Herausforderung, den richtigen Helfer zu finden, der nicht noch mehr Abfall verursacht und sich leicht in recycelte Materialien integrieren lässt. Um eine Kreislaufwirtschaft für das Kunststoffrecycling zu schaffen, nutzten Stache und ein Forscherteam etwas, das bereits in schwarzen Polystyrolabfällen vorkommt – einen Zusatz namens Carbon Black.
Die Forscher testeten eine Methode zum Recycling von im Labor hergestelltem schwarzem Polystyrol: Sie mahlten eine Mischung aus Polystyrol und Ruß zu einem feinen Pulver, gaben das Pulver in ein versiegeltes Glasfläschchen und stellten das Fläschchen dann 30 Minuten lang unter hochintensive weiße LEDs. Der Ruß wandelte das LED-Licht in Wärme um.
Die Hitze brach dann die Molekularstruktur des Polystyrols auf und erzeugte eine Mischung aus kürzeren Ein-, Zwei- und Drei-Styrol-Einheiten. Und diese drei Komponenten trennten sich sauber innerhalb der Reaktionsapparatur. In Experimenten recycelte das Team das übrig gebliebene Ruß- und Styrolmonomer zu Polystyrol und demonstrierte damit die Zirkularität der neuen Methode.
Bei der Anwendung dieser Technik auf gebrauchtes schwarzes Plastik aus Lebensmittelbehältern und Kaffeetassendeckeln schnitten die Forscher den Abfall in kleine Stücke und stellten fest, dass bis zu 53 % des Polystyrols in Styrolmonomer umgewandelt wurden. Mit Rapsöl, Sojasauce und Orangensaft verunreinigte Abfallproben wurden etwas weniger effizient abgebaut. Als die Forscher die Lichtquelle von LEDs auf fokussiertes Sonnenlicht im Freien umstellten, beobachteten sie eine höhere Reaktionseffizienz (80 %).
Darüber hinaus wurde eine mehrfarbige Mischung aus schwarzem, gelbem, rotem und farblosem Polystyrolabfall bei Sonneneinstrahlung mit einer höheren Rate (67 %) in Styrol umgewandelt als bei weißen LEDs (45 %). Die höheren Wirkungsgrade führen die Forscher auf die höhere Lichtintensität zurück, die durch fokussiertes Sonnenlicht erreicht wird.
Durch den Nachweis der Fähigkeit des Sonnenlichts, farbige Polystyrolabfälle zu zersetzen, sagen die Forscher, dass ihre Methode einen geschlossenen Recyclingprozess für diese Art von Kunststoff schaffen könnte.
Weitere Informationen:
Sewon Oh et al., Recycling von Post-Consumer-Abfällen aus Polystyrol unter Verwendung kommerzieller Kunststoffadditive, ACS Zentralwissenschaft (2024). DOI: 10.1021/acscentsci.4c01317