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03.09.2020 | Polymerwerkstoffe | Im Fokus | Onlineartikel

Kunststoff-Pyrolyse hilft beim Klimaschutz

Autor:
Christoph Berger
4 Min. Lesedauer

Im Rahmen der Plattform IN4climate.NRW wird an Strategien für eine klimaneutrale Industrie gearbeitet. In einem Diskussionspapier zeigt die Initiative, dass Kunststoff-Pyrolyse eine Chance für den Klimaschutz bietet.

Die weltweite Kunststoffproduktion ist laut PlasticsEurope im Jahr 2017 auf fast 350 Millionen Tonnen angewachsen, schreiben die Autoren des Fachartikels "Chemisches Recycling von gemischten Kunststoffabfällen als ergänzender Recyclingpfad zur Erhöhung der Recyclingquote" in der Springer-Fachzeitschrift "Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft". Davon seien knapp 65 Millionen Tonnen allein auf die 28 EU-Staaten sowie die Schweiz und Norwegen entfallen. 50 Millionen Tonnen würden auch in diesen Ländern verbraucht, heißt es weiter, wobei die Hälfte auf die drei Kunststoffsorten Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol entfalle. Alle drei Sorten gehören der Gruppe der sogenannten Polyolefine an. Dementsprechend habe gerade auch diese Gruppe eine sehr hohe Relevanz für die Abfallwirtschaft. Die Autoren schreiben: "Die ökologisch und wirtschaftlich sinnvolle Behandlung von Kunststoffabfällen stellt technisch eine der Herausforderungen der modernen Abfallwirtschaft dar." Und im Rahmen der Behandlungsstrategien von Kunststoffen stellen sie auch die Möglichkeit des chemischen Recyclings vor.

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Chemisches Recycling von gemischten Kunststoffabfällen als ergänzender Recyclingpfad zur Erhöhung der Recyclingquote

Kunststoffabfälle, speziell Verpackungsabfälle, liegen oft als Gemische mit hohem Verschmutzungsgrad vor. Die werkstoffliche Verwertung wird dadurch enorm erschwert, da die Sortierung und Reinigung dieser Fraktionen in vielen Fällen nicht ökonomisch sinnvoll oder technisch umsetzbar sind. 

Dass das chemische Recyclings von gemischten Kunststoffabfällen die chemische Industrie und Abfallindustrie klimafreundlicher machen und einen Beitrag zum ökologischen Strukturwandel in NRW leisten kann, zeigt das von der NRW-Landesinitiative IN4climate.NRW veröffentlichte Diskussionspapier "Chemisches Kunststoffrecycling". Deren Geschäftsführer sagt: "Die technologischen Grundlagen für die Kunststoff-Pyrolyse sind vorhanden. Wichtig ist nun, diese weiterzuentwickeln und in konkrete Strategien und Pilotprojekte in Kooperation von Wissenschaft und Industrie umzusetzen." Diese Strategien sollen auf wissenschaftlichen Grundlagen basieren, die dann in Investitionsentscheidungen und Projektentwicklungen münden, die dem Gedanken der Kreislaufwirtschaft folgen.

Lösungen für die Kreislaufwirtschaft werden gesucht

"Pyrolyse ist die drucklose thermische Zersetzung von Stoffen unter Ausschluss eines Vergasungsmittels. Die Ausgangsstoffe werden radikalisch zu wasserstoffreicheren flüchtigen Pyrolysegasen und -ölen, Wasser und wasserstoffärmerem festem Pyrolysekoks umgewandelt", erklären die Autoren des Kapitels "Kunststoffe und Bauteile – Umwelt und Recycling" im Springer-Fachbuch "Polymer Engineering 3" das Verfahren – wobei zwischen Niedertemperatur- (bis 500 °C), Mitteltemperatur- (500–800 °C) und Hochtemperaturpyrolyse (über 800 °C) zu unterscheiden sei. Der schließlich als festes Pyrolyseprodukt entstehende Koks enthalte die mineralischen und nicht entgasbaren Bestandteile des Ausgangsmaterials. Nach dem Erkalten sei er spröde, sodass mineralische Anteile durch mechanische Zerkleinerungs- und Klassierverfahren abgetrennt werden könnten. Die Verwertung dieses Materials sei noch nicht geklärt, schreiben die Autoren.

Bei IN4climate.NRW geht man davon aus, dass sich die Stoffe, sind sie einmal durch die hohen Temperaturen zersetzt und in kleinere Moleküle aufgespalten, ganz im Sinne der Kreislaufwirtschaft in neue Kunststoffe oder chemische Grundstoffe überführen lassen. Es gebe Schätzungen, so die Studienautoren, dass jährlich bis zu zwei Tonnen Kunststoffabfall auf diese Weise wiederverwendet werden könnte. Prof. Manfred Fischedick, wissenschaftlicher Geschäftsführer des Wuppertal Instituts und Innovationsteamleiter bei IN4climate.NRW sagt zu den Ergebnissen im Diskussionspapier: "Die verschiedenen technologischen Optionen müssen nun weitergehend bewertet werden. Dabei kommt es auf eine ganzheitliche Betrachtung an, die berücksichtigt, dass sich die Rahmenbedingungen des Energiesystems verändern. Dies gilt vor allem für den steigenden Anteil Erneuerbarer Energien, der sich positiv auf die Klimabilanz auswirkt."

Qualitative und ökonomische Herausforderungen

Auf die Herausforderungen des Kunststoffrecyclings geht auch Andreas Fath im Kapitel "Gegenmaßnahmen – Vermeidung, Abbau & Recycling" des Springer-Fachbuchs "Mikroplastik kompakt" ein. Als die zwei derzeit praktizierten Wege des Kunststoffrecyclings zählt er zum einen die Zerkleinerung von thermoplastischem Kunststoff auf. Das auf diese Weise entstandene Regenerat kann für niederwertigere Spritzgussprodukte eingesetzt werden. Über die Pyrolyse schreibt Fath, dass diese bei sortenreinem Kunststoff Anwendung findet. Durch die Erwärmung könnten zu einem gewissen Anteil die Monomere zurückgewonnen werden, aus denen der Kunststoff ursprünglich hergestellt worden sei. Doch bevor aus diesen Monomeren wieder Kunststoffprodukte entstehen könnten, müsse erneut ein energieintensiver Polymerisationsprozess durchlaufen werden.

Möglichkeiten des Recyclings gibt es also, doch zu einer erhöhten Recyclingquote ist es trotz der beiden Wege laut Fath aufgrund von zwei Gründen bisher nicht gekommen: "Erstens werden durch den geringen Erdölpreis, der sich mittelfristig aufgrund der steigenden E-Mobilität wahrscheinlich nicht weiter erhöhen wird, auch in Zukunft Regenerate bzw. Recyclate teurer sein als neue, auf Mineralölbasis hergestellte, Polymere. Damit fehlt weiterhin der wirtschaftliche Anreiz die Recyclingquote zu erhöhen. Politische Maßnahmen werden nach dem Beschluss des EU-Parlaments, eine Recyclingquote für Hausmüll von 55 Prozent bis 2025 und mindestens 65 Prozent bis 2035 zu erreichen, geschaffen, damit dieses Ziel erreicht werden kann. Zweites nimmt die Qualität des Regenrats nach jedem Recyclingszyklus kontinuierlich ab und das bei steigenden Qualitätsanforderungen der Kunden. Qualitative und ökonomische Gründe stehen damit einer Erhöhung der Recyclingquote im Wege." Es wird also interessant sein, welche Strategien von IN4climate.NRW erarbeitet werden.

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