Rohstoffliche Verwertung von Altkunststoffen

In nachhaltigen Formen des Wirtschaftens müssen zukünftig u.a. Abfälle von privaten Verbrauchern und Gewerbebetrieben umweltschonend entsorgt werden. Gleichzeitig soll die Industrie auch umwelt- und rohstoffschonend arbeiten. Beide Ziele lassen sich durch effizientes Recycling von Abfällen, u.a. durch die stoffliche Verwertung von Altkunststoffen, erreichen.

Neben werkstofflichem Recycling unter Erhalt der Polymere können Altkunststoffe auch rohstofflich verwertet werden. Verschiedene Vorgänge bei Herstellung und Verwendung von Kunststoffen – z.B. Polymer-Schädigungen, die Kombination mehrerer Polymere zu “blends” und Verbundmaterialien (z.B. Multilayerfolien) oder auch die Einbringung von Fremdstoffen (Füllstoffe, Farbstoffe, Weichmacher, Produktanhaftungen u.v.m.) begrenzen die Anzahl werkstofflicher Recyclingzyklen in der Praxis.

Folglich wird zukünftig ein Teil der Altkunststoffe rohstofflich, d.h. durch Rückspaltung in kleine Moleküle gefolgt vom Wiederaufbau z.B. zu Polymer-Neuware, recycelt werden müssen. Durch chemische Recyclingverfahren können recycelte Altkunststoffe als Rohstoff für die Herstellung neuwertiger Kunststoffartikel verwendet werden. Durch die Kombination und Komplementarität werkstofflicher (mechanischer) und rohstofflicher (chemischer) Recyclingverfahren können sowohl die Quantität recycelter Altkunststoffe als auch die Qualität der Rezyklate signifikant gesteigert werden.

Altkunststoffe stehen potenziell aus verschiedenen Abfallquellströmen zur Verfügung. Dabei werden sich chemische Recyclingverfahren auf solche Fraktionen konzentrieren, für die ein mechanisches Recycling nicht darstellbar ist. Hierzu zählen derzeit unter anderem Altkunststoffe, die bei der Altmetallverwertung in Nebenausbeute anfallen (sog. Schredderleichtfraktionen), Altkunststoffe aus dem Baubereich, insbesondere bromhaltige, aufgeschäumte Polystyrol-Materialien (engl. EPS: expanded polystyrene) sowie Fraktionen, die bei der Verwertung von Elektrik- und Elektronik-Altgeräten in Nebenausbeute gewonnen werden. Für diese und weitere Fraktionen werden im Projekt geeignete Konzepte für die mechanische Aufbereitung und die nachfolgende, katalytisch-chemische Umsetzung zu petrochemischen Rohstoffen und Basischemikalien entwickelt werden.

Schließung des petrochemischen Kreislaufs

Derzeit werden in der Industrie zwei chemische Recycling-Routen favorisiert: Zum einen über die Pyrolyse von Altkunststoffen und Nutzung der Pyrolyseöle als petrochemische Rohstoffe, zum anderen über Vergasung und Erzeugung petrochemischer Polymer-Bausteine aus Synthesegas. HydroCycling versucht als erweiterndes und zusätzliches Verfahren, molekulare Strukturen aus den Altkunststoffen weitgehend zu erhalten und durch Hydrierung wertvolle, petrochemische Rohstoffe und Basischemikalien zu gewinnen.

HydroCycling  - vom Labor zum Demonstrator

Katalytische Hydrierungen von Polymeren sind in der wissenschaftlichen Literatur vielfach beschrieben worden. Abhängig von verwendeten Katalysatoren und Betriebsbedingungen wurden dabei verschiedene Polymere in Reinsubstanz oder auch in Mischungen, z.B. mit Raffinerieströmen, umgesetzt.

Im HydroCycling-Projekt soll zusätzlich der Einfluss der Zusammensetzung verfügbarer, realer Kunststoffabfälle auf die Hydrierung untersucht werden. Notwendige, vorzuschaltende Aufbereitungsschritte sollen mitbedacht und experimentell ausgearbeitet werden. Dabei gilt es, störende Fremdstoffe aus den Kunststoffabfällen zu entfernen, um brauchbare Einsatzstoffe für das HydroCycling zu gewinnen. Diese Einsatzstoffe werden im Labormaßstab durch katalytische Hydrierung zu Kohlenwasserstoffgemischen umgesetzt. Durch Simulationen wird für diese Gemische eine Produktaufarbeitung und -verwertung im Verbund einer möglichen, kommerziellen HydroCycling-Anlage mit einem Raffinerie- oder Petrochemie-Standort erarbeitet werden.

Ein wichtiges Ziel ist die Erstellung eines Konzeptes für einen Demonstrator, der in einem möglichen Anschlussvorhaben realisiert werden könnte. In einem solchen Demonstrator könnte das im Labormaßstab in Einzelschritten entwickelte Verfahren zusammengefügt, seine Wirkungsweise demonstriert und erste Produkt-Mustermengen erzeugt werden.

Industrielle Umsetzung und ganzheitliche Bewertung

Übergreifend zu diesen Arbeiten findet im Projekt eine umfassende Bewertung des HydroCycling-Konzeptes aus techno-ökonomischer, ökologischer, regulatorischer sowie patentrechtlicher Sicht statt. Diese Rahmenbedingungen müssen zusätzlich zur technischen Machbarkeit bewertet werden, bevor eine industrielle Umsetzung des neuen Verfahrens erfolgen könnte.