Mechanisches und chemisches Kunststoff-Recycling bieten Potenzial für Umwelt und Verfahrenstechnik
Die Kreislaufwirtschaft nimmt Fahrt auf: Vor allem Kunststoffe stehen angesichts wachsender Müllberge im Fokus. Doch wie funktioniert die Wiederverwertung eigentlich? Und welche Verfahren und Maschinen werden dazu in Zukunft benötigt werden?
Elf Milliarden Tonnen sind kein Pappenstiel. So groß ist die Menge an Kunststoffen, die auf der Welt zwischen 1950 und Sommer 2023 produziert wurde. Weil elf Milliarden Tonnen schwer vorstellbar sind, hilft ein Vergleich: Zählt man alle Bauwerke zusammen, kommt beispielsweise Berlin auf ein Gewicht von zwei Milliarden Tonnen. Das Problem: Nicht einmal 10 Prozent des bisher produzierten Kunststoffs wurden recycelt – fast 80 Prozent landeten auf Mülldeponien oder in der Natur – ein Berg, der viermal Berlin übereinander gestapelt entspricht, bezogen auf das Volumen sogar sechsmal.
An Kunststoffen lässt sich das Prinzip und auch das Problem der bisher linearen Wirtschaft wohl am einfachsten erklären: „Nehmen-Herstellen-Entsorgen“. Dabei sind Kunststoffabfälle eine wertvolle Ressource: In ihnen steckt nicht nur viel Energie aus Erdöl und Erdgas, sondern auch eine Menge wertvoller Kohlenwasserstoffe, die in der (chemischen) Industrie benötigt werden. Dieses Potenzial hat die Industrie inzwischen erkannt – und die Öffentlichkeit und Politik fordert deren Nutzung mehr und mehr ein.
Kreislaufwirtschaft kann den Müllberg reduzieren
Ein Schlüssel dazu ist die Kreislaufwirtschaft – ein Modell der Produktion und des Verbrauchs, bei dem bestehende Materialien und Produkte so lange wie möglich genutzt, wiederverwendet, repariert, aufgearbeitet und recycelt werden. Und diese erfordert eine Menge Verfahrenstechnik. Den Startpunkt setzt das mechanische Recycling: Dieses eignet sich für saubere, sortenreine Kunststoffabfälle und ermöglicht es, Polymere mit vergleichsweise kleinem Aufwand wieder für neue Produkte zu nutzen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich um thermoplastische Kunststoffe wie z.B. PET handelt. Die Sortierung ist dabei besonders wichtig. Hier geht der Trend zu hochautomatisierten Sortieranlagen, in denen Analysegeräte wie Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR), Röntgenfluoreszenz, Terahertz-Technologie oder die Multispektrale Bildgebung dazu genutzt werden, Kunststoffe zu identifizieren. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen in Kombination mit Roboter-Pickern ermöglichen es, die Sortenreinheit im Recycling von Kunststoffen deutlich zu erhöhen. Ein Eldorado für kreative Spezialisten der mechanischen Verfahrenstechnik – denn neben klassischer Maschinentechnik, wie sie zum Sortieren, Waschen, Trocknen, Schmelzen etc. eingesetzt wird, ist hier zunehmend auch die Kombination mit High-Tech gefragt!
Wenn sich Kunststoffabfälle allerdings nicht sauber genug sortieren lassen, ist chemisches Recycling gefragt: Dabei werden die Abfälle in ihre molekularen Bestandteile zerlegt, aus denen schließlich wieder neue Kunststoffe oder andere Chemieprodukte hergestellt werden. Gängige Verfahren sind die Pyrolyse, bei der sich die Polymere durch Erhitzen unter Sauerstoffausschluss in ihre Bestandteile zersetzen, oder die Gasifikation, bei der unter Nutzung von Dampf und Sauerstoff ein Synthesegas bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff entsteht. Weitere Verfahren sind das lösungsmittelbasierte Recycling und die Depolymerisation. Im Vergleich zum mechanischen Recycling ist die chemische Wiederaufbereitung allerdings relativ teuer und energieintensiv. Dennoch beschäftigen sich aktuell zahlreiche Kunststoff- und Chemieproduzenten mit dieser Option: Der Verband Plastics Europe rechnet damit, dass die Unternehmen bis 2030 7,2 Mrd. Euro in das chemische Recycling investieren werden.
Chemisches Recycling im großtechnischen Maßstab
Ob BASF, Covestro oder Evonik – die großen Chemiekonzerne forschen derzeit an Möglichkeiten für das Kunststoffrecycling und testen bereits im Pilotmaßstab. Nicht kleckern, sondern klotzen lautet auch die Devise des Chemieriesen DOW: Das Unternehmen plant und baut gemeinsam mit dem britischen Recycling-Spezialisten Mura Technology am sächsischen Chemiestandort Böhlen eine Anlage, in der ab 2025 jährlich bis zu 120.000 Tonnen Kunststoffabfälle chemisch recycelt werden sollen. Dow kommt damit als Produzent von Kunststoffen und als Abnehmer der im Recycling entstehenden Rohstoffe der Vision eines geschlossenen Kreislaufs sehr nahe. Und weil die beiden Projektpartner zudem in Europa und den USA weitere Projekte mit einer Gesamtkapazität von 600.000 Tonnen pro Jahr im Blick haben, wollen wir uns das Verfahren etwas genauer anschauen.
Die erste Besonderheit der HydroPRS genannten Technik ist die Anspruchslosigkeit an das Einsatzmaterial: Auch mehrschichtige Kunststoffe, die bislang als nicht recycelbar galten, lassen sich mit der „Hydrothermal Plastics Recycling Solution“ knacken und in nutzbare Chemikalien umwandeln. Der Prozess beginnt mit der Aufbereitung des Kunststoffs. Das Ausgangsmaterial wird zerkleinert und Verunreinigungen wie Glas oder Metalle werden entfernt. Anschließend wird das geschredderte Kunststoffgemisch geschmolzen und mit überkritischem Wasser beaufschlagt. Denn oberhalb des kritischen Punktes von 374 °C und 221 bar gibt es zwischen flüssigem Wasser und Wasserdampf keinen Dichteunterschied mehr – das einphasige Fluid kann dadurch wie ein Gas in die Kunststoffabfälle eindringen, hat aber gleichzeitig die Dichte einer Flüssigkeit – eine Eigenschaft, die auch bei der Stromerzeugung in Dampfkraftwerken genutzt wird.
Durch die thermische Energie werden die Kunststoffe im Reaktor in flüssige Kohlenwasserstoffe und Gas aufgespalten. Anschließend wird der Druck reduziert und die entstandenen Produkte werden in einzelne Fraktionen getrennt. Die Energie für diesen Trennprozess stammt dabei aus der Entspannung des Reaktors, das entstehende energiereiche Prozessgas wird zur Erzeugung von überkritischem Dampf eingesetzt. Die Produkte des Prozesses werden anschließend zur Herstellung neuer Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen oder anderen (PET, PS, ABS und Polyamide) genutzt, teilweise aber auch als Ersatz für fossile Brennstoffe (Naphtha, Gasöl) verwendet.
Partnerschaften für geschlossene Wertschöpfungs-Kreisläufe
Der britische Verfahrensentwickler Mura setzt dabei im Gegensatz zu klassischen Lizenzgebern ganz auf die Methodik der Kreislaufwirtschaft – und diese basiert auf engen Partnerschaften zwischen Unternehmen entlang einer Wertschöpfungskette. So kooperiert das Unternehmen nicht nur mit Dow sondern auch mit den Kunststoff-Riesen Chevron Phillips Chemical und LG Chem. In Deutschland hat auch der Gleitlager- und Energieketten-Spezialist Igus das Potenzial der Technologie erkannt. Für ein zügiges Roll-out der Technologie ist zudem auch der Großanlagenbauer KBR mit im Boot. Beste Voraussetzungen also, um dem weiteren Wachstum des globalen Kunststoff-Müllbergs Einhalt zu gebieten.
Auch auf der kommenden POWTECH TECHNOPHARM, die vom 23.-25. September 2025 stattfinden wird, werden zahlreiche Entwicklungen und Technologien für das mechanische und chemische Recycling von Kunststoffen zu sehen sein.
