Katalysator wandelt Kunststoffabfälle bei niedriger Temperatur in wertvolle Inhaltsstoffe
Japanische Forscher haben erstmals mittels eines neuartigen Katalysatorprozesses eine vor allem in Lebensmitteltüten und -verpackungen bis hin zu Spielzeug und Elektronik vorkommende Plastikart in flüssige Brennstoffe und Wachs recycelt- so eine Medienmitteilung der Osaka City University vom 05.01.2021. Das Team veröffentlichte diese Ergebnisse am 10.12.2020 in Applied Catalysis B: Environmental.
Plastikmüll – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify
„Kunststoffe sind essentielle Materialien für unser Leben, weil sie unserer Gesellschaft Sicherheit und Hygiene bringen“, sagten die Co-Autoren des Papiers, Masazumi Tamura, außerordentlicher Professor im Forschungszentrum für künstliche Photosynthese im Advanced Research Institute for Natural Science and Technology der Osaka City University, und Keiichi Tomishige, Professor an der Graduate School of Engineering der Tohoku University. „Das Wachstum der weltweiten Kunststoffproduktion und das schnelle Vordringen von Kunststoffen in unsere Gesellschaft haben jedoch zu einem falschen Umgang mit Kunststoffabfällen geführt, was ernste ökologische und biologische Probleme wie die Verschmutzung der Ozeane verursacht.“
Polyolefinische Kunststoffe (weitestverbreitetes Plastik) haben physikalische Eigenschaften, die es für einen Katalysator, der für die Einleitung einer chemischen Umwandlung verantwortlich ist, schwierig machen, direkt mit den molekularen Elementen zu interagieren, um eine Veränderung zu bewirken. Aktuelle Recyclingverfahren erfordern Temperaturen von mindestens 573 Grad Kelvin (300° C) und bis zu 1.173 Grad Kelvin (900° C). Zum Vergleich: Wasser kocht bei 373,15 Grad Kelvin, und die Oberfläche der Sonne hat 5.778 Grad Kelvin.
Die Forscher suchten nach heterogenen Katalysatoren, um eine Reaktion zu finden, die eine niedrigere Temperatur zur Aktivierung benötigt. Indem sie einen Katalysator in einem anderen Aggregatzustand als die Kunststoffe verwendeten, stellten sie die Hypothese auf, dass die Reaktion bei einer niedrigeren Temperatur stärker sein würde.
Sie kombinierten Ruthenium, ein Metall aus der Platinfamilie, mit Cerdioxid, das unter anderem zum Polieren von Glas verwendet wird, um einen Katalysator herzustellen, der die Kunststoffe bei 473 Grad Kelvin (200° C) reagieren ließ. Das ist zwar immer noch hoch für das menschliche Empfinden, erfordert aber im Vergleich zu anderen Katalysatorsystemen deutlich weniger Energieeinsatz.
Laut Tamura wurde in der wissenschaftlichen Literatur noch nie über Katalysatoren auf Ruthenium-Basis berichtet, mit denen sich polyolefinische Kunststoffe direkt recyceln lassen. „Unser Ansatz fungierte als effektiver und wiederverwendbarer heterogener Katalysator, der eine viel höhere Aktivität als andere Katalysatoren mit Metallträgern zeigte und sogar unter milden Reaktionsbedingungen funktionierte“, so Tamura und Tomishige. „Außerdem konnten eine Plastiktüte und Kunststoffabfälle in hoher Ausbeute in wertvolle Chemikalien umgewandelt werden.“
Die Forscher verarbeiteten eine Plastiktüte und Abfallkunststoffe mit dem Katalysator und erzielten eine 92prozentige Ausbeute an nützlichen Materialien, darunter eine 77prozentige Ausbeute an flüssigem Kraftstoff und eine 15prozentige Ausbeute an Wachs.
„Es wird erwartet, dass dieses Katalysatorsystem nicht nur zur Verringerung von Kunststoffabfällen, sondern auch zur Nutzung von Kunststoffabfällen als Rohstoffe für die Herstellung von Chemikalien beitragen wird“, sagte Tamura.
Originalveröffentlichung
YosukeNakaji, MasazumiTamura, ShuheiMiyaoka, ShogoKumagai, MifumiTanji, YoshinaoNakagawa, Toshiaki Yoshioka, KeiichiTomishige: Low-temperature catalytic upgrading of waste polyolefinic plastics into liquid fuels and waxes (Katalytische Veredelung von polyolefinischen Kunststoffabfällen bei niedriger Temperatur zu flüssigen Brennstoffen und Wachsen), in: Applied Catalysis B: Environmental, Volume 285, 15 May 2021, 119805 – DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119805