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pool-in-loop: Entwicklung eines energieeffizienten Depolymerisationsverfahrens für polyolefinhaltige Kunststoffabfälle mit Hilfe von Katalysatoren zur direkten Herstellung von Polymeren für Kunststoffneuware

Im Projekt „pool-in-loop“ wird an der Entwicklung eines nachhaltigen chemischen Recyclingverfahrens für eine zukunftsorientierten Kohlenstoffkreislaufwirtschaft gearbeitet. Speziell formulierte Katalysatoren wandeln dabei kunststoffhaltige Abfälle, die bisher thermisch verwertet werden, direkt zu kurzkettigen Olefinen um. Damit kann das Verfahren ohne aufwendige Zwischenschritte Basischemikalien für neue Kunststoffe erzeugen.

Der Innovationsansatz

Die Partner von „pool-in-loop“ haben sich zusammengefunden, um polyolefinische Kunststoffabfälle, die bisher thermisch verwertet werden, chemisch zu recyceln. Zielprodukte sind Monomere, die direkt nach der Umsetzung der Kunststoffabfälle ohne aufwändige Zwischenstufen wieder für die Kunststoffherstellung verwendet werden können. Die Verfahrensentwicklung birgt Vorteile sowohl für die Abfallwirtschaft als auch für die Kunststoffhersteller. Zum einen können minderwertige Reststofffraktionen der rohstofflichen Verwertung zugeführt, zum anderen CO2-arme „recycelte Basischemikalien für die Kunststoffherstellung bereitgestellt werden. Dafür wird im Projektverlauf der Technologiereifegrad von aktuell 4 (Labormaßstab) auf 7 angehoben. Diese Entwicklung wird durch eine stetige Analyse möglicher Entwicklungspfade begleitet, wobei die ökonomischen und ökologischen Rahmenbedingungen in die Betrachtungen mit einfließen.

Einordnung der Technologie

Einordnung der katalytischen Spaltung in das übergeordnete Technologiefeld (© Prof. Mathias Seitz Hochschule Merseburg)

Innovationsgrad

Zur Entwicklung des Verfahrens ist eine eduktspezifische Anpassung der Katalysatoren sowie eine spezielle Formulierung dieser essenziell notwendig. Durch deren Einsatz werden hauptsächlich Gase unterschiedlicher Zusammensetzung mit kurzkettigen Olefinen wie Ethen, Propen und Butenen als Hauptkomponenten erzeugt. Diese lassen sich leicht über geeignete Verfahren von störenden Heteroatomen wie Chlor, Stickstoff-, Schwefel- und Sauerstoffkomponenten aufreinigen. Die übliche Aufreinigung der Pyrolyseprodukte durch eine Hydrierung und der damit verbundene Verlust der Olefine, sowie die Spaltung in einem Steam-Cracker-Ofen können so entfallen. Auf Grundlage von Versuchen im Labormaßstab konnte durch Berechnungen abgeschätzt werden, dass so eine deutliche Erhöhung der Ausbeute an Wertprodukten um 46 % und eine Einsparung von Treibhausgasen von 44 % möglich ist. Eine weitere Verbesserung der Treibhausgasemissionen kann über eine lastflexible Fahrweise erreicht werden. Je nach Angebot regenerativ erzeugter Energie können entsprechende Sortierfraktionen als Einsatzstoff, durch Anpassung der Fahrweise, zu Produkten mit unterschiedlicher Zusammensetzung umgesetzt werden.

Gesellschaftlicher Mehrwert

Die katalytische Spaltung hat, wie bereits dargestellt, das Potenzial, als nachhaltige und energieeffiziente Methode des chemischen Recyclings für polyolefinreiche Kunststofffraktionen etabliert zu werden. Sie zielt auf Reststofffraktionen (Post-Consumer) ab, die thermisch verwertet werden müssen, und stellt Ausgangsstoffe für die Chemie und die Kunststoffindustrie bereit. Das in "pool-in-loop" forcierte Verfahren ergänzt damit das werkstoffliche Recycling und ermöglicht die effiziente Schließung von Stoffkreisläufen. Durch die stoffliche Verwertung bislang nur thermisch genutzter Kunststoffabfälle werden Stoffströme in den Kunststoffkreislauf einbezogen, die bisher verloren gegangen sind. Damit werden die prioritären Ziele der Fördermaßnahme einer verbesserten Kreislaufführung für Kunststoffe und die damit verbundene Erhöhung der Wirtschaftlichkeit mit diesem Projekt direkt adressiert und verfolgt.

Mit dem geplanten Projekt soll die innovative Technologie der katalytischen Spaltung in einen industriellen Maßstab überführt werden, wobei Partner entlang des gesamten Wertschöpfungsnetzwerks am Projekt beteiligt sind.

 

Forschungsfelder pool-in-loop

Arbeits- und Forschungsfelder des Projektkonsortiums zur Technologieentwicklung der katalytischen Spaltung (© Prof. Mathias Seitz Hochschule Merseburg)


Veröffentlichungen

Pressemitteilung: "Merseburg wird Standort des Center for the Transformation of Chemistry (CTC) in Sachsen-Anhalt" (Februar 2024)

Projektblatt (deutsch) (Januar 2024)
Das Projektblatt bietet eine Kurzübersicht zu den Forschungsvorhaben und Zielen.

Laufzeit
01.09.2023  - 31.08.2028

Förderkennzeichen
033R388

Fördervolumen des Verbundes
4.990.000 €

Kontakt
Prof. Mathias Seitz
Hochschule Merseburg
Eberhard-Leibnitz-Str. 2
06217 Merseburg

 +49 (0) 3461 46-2104
mathias.seitz(at)hs-merseburg.de

Projektpartner
Braskem Europe GmbH
Chemiewerk Bad Köstritz GmbH
EurA AG
Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES
Hallesche Wasser und Stadtwirtschaft GmbH
MIBRAG GmbH
MVV Umwelt GmbH
Polymer Service GmbH Merseburg

Webseite
Projektwebseite der HS-Merseburg