Recycling: Licht, Luft und Salz erzeugen Rohstoffe aus Abfall
Ein einfacher Prozess zerlegt Styroporverpackungen in ihre Grundbausteine. Die nötige aggressive Chemikalie entsteht durch weisses Licht – und verschwindet danach komplett wieder.
Mit einem neuen Verfahren zum Recycling von Kunststoff lässt sich Polystyrol – Hauptbestandteil von Styropor – in wertvolle kleine Moleküle zerlegen. Die Technik benötigt dafür nur Licht, Luft und das einfache Molekül Eisenchlorid, berichten Sewon Oh und Erin E. Stache von der Cornell University in Ithaca im US-Bundesstaat New York. Wie sie im «Journal of the American Chemical Society» berichten, lösten sie Polystyrol in dem häufig verwendeten Lösungsmittel Azeton zusammen mit Eisenchlorid und Luftsauerstoff und bestrahlten die Mischung 20 Stunden lang mit weissem Licht. Dabei zerfielen die langen Molekülketten des Kunststoffs in ihre Einzelteile, überwiegend Benzolringe mit einer angehängten Gruppe aus Kohlenstoff und einem Sauerstoff sowie verschiedenen weiteren Atomen. Diese Benzoylverbindungen sind wichtige Grundstoffe für vielerlei chemische Prozesse.
Die von Oh und Stache entwickelte Methode basiert auf der Zersetzung der Polymerketten mithilfe von Chlorradikalen und Sauerstoff. Das Licht spaltet die Bindung zwischen Chlor und Eisen, sodass chemisch sehr reaktive Chloratome entstehen. Diese entreissen den Molekülketten des Polystyrols Wasserstoffatome an jenen Stellen, an denen die Bausteine des Polymers miteinander verknüpft sind. Dadurch wiederum greift Sauerstoff dort an und zerlegt das Kettenmolekül in seine Grundbausteine. Nach Angaben der Fachleute ist der Prozess sehr effizient, das wichtigste Produkt ist Benzoesäure, ein Grundstoff in der chemischen Industrie, der auch zur Konservierung von Lebensmitteln genutzt wird.
Die Technik zeigt einen potenziell bedeutsamen Weg zum nachhaltigen Recycling von Kunststoffen auf. Während bei den meisten Verfahren zur Wiederverwertung die Qualität des Materials immer schlechter wird, weil die Polymerketten immer kürzer werden und die Verarbeitungstechniken beschränkt sind, kann man aus zurückgewonnenen Grundbausteinen neuwertige Produkte erzeugen. Man bezeichnet solche Verfahren, die wirtschaftlich bedeutende Grundstoffe zurückgewinnen, als Upcycling – im Gegensatz zum Downcycling, bei dem minderwertige Materialien entstehen, die nur noch für wenige Anwendungen brauchbar sind. Solche Techniken machen das Recycling von Kunststoffen wesentlich attraktiver.
Allerdings ist es oft nicht einfach, die langen Molekülketten zu zersetzen, man braucht zum Beispiel viel Energie und aggressive Chemikalien und es entstehen problematische Abfälle. Deswegen lohnt sich bei vielen Upcycling-Ansätzen der Aufwand oft nicht. Die von Oh und Stache vorgestellte Technik verwendet relativ einfach zu handhabende Stoffe, die nach dem Prozess potenziell zurückgewonnen werden können. Weitere Experimente zeigten ausserdem, dass das Verfahren auch mit grösseren Mengen als in den ersten Versuchen funktioniert – mit einigen Gramm Polystyrol statt wenigen Milligramm. Das deutet darauf hin, dass das Verfahren recht einfach auf grosstechnische Massstäbe erweitert werden kann. Unklar ist bisher allerdings, wie stark Abfälle vorbehandelt werden müssen, also wie gross zum Beispiel der Aufwand für Trennung und Reinigung ist, bevor das Verfahren eingesetzt wird.
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