Kunststoffrecycling: Rohstoffliche Wiederverwertung von Kunststoffen

Kunststoffrecycling: Rohstoffliche Wiederverwertung von Kunststoffen

 

Während das werkstoffliche Recycling von Kunststoffen ein physikalisches Verfahren ist, handelt es sich beim rohstofflichen um ein chemisches Verfahren. Im Gegensatz zur thermischen Verwertung (Verbrennen mit energetischer Nutzung) ist es aber dennoch eine stoffliche Verwertung. Es verwandelt hochmolekulare Kunststoffabfälle in niedermolekulare Stoffe, die erneut in die Synthesewege der Chemie eingeführt werden können. Dies ist besonders interessant für sehr inhomogene und stark verschmutzte Kunststoffabfälle.

 

Unter den zahlreichen Verfahren ragen zwei Klassen heraus:

 

∙ Petrochemische Verfahren spalten Polymere statistisch zu niedermolekularen Produkten (einer Mischung aus verschiedenen und unterschiedlich langen Kettenmolekülen) die als Gase oder Flüssigkeiten anfallen. Aus ihnen lassen sich dann entweder Monomere herstellen, oder sie dienen als Sekundärrohstoffe in der Petrochemie.

 

∙ Solvolytische Verfahren dienen dagegen zur gezielten Rückspaltung in niedermolekulare Stoffe. Sie können aufgearbeitet und erneut polymerisiert werden, fließen also wieder in die Herstellung von Kunststoffen ein.

 

Aus der Petrochemie bekannte Verfahren werden vor allem bei Polyolefinen verwendet, der Menge nach die wichtigste Gruppe. Die Wahl der Aufbereitung hängt davon ab, wie der Altkunststoff danach als Sekundärrohstoff genutzt werden soll. Bei den meisten Verfahren sorgt dabei die Zufuhr von Wärme für das Aufbrechen der Bindungen in den Polymerbindungen.

 

 Petrochemische Verfahren

 

In der Pyrolyse wird organisches Material weitgehend unter Luftabschluss zersetzt. Es gibt eine ganze Reihe solcher Verfahren zum Verschwelen oder Verkoken, unterschieden vor allem nach dem Temperaturbereich und den Produkten, die als Ausgangsstoffe dienen bzw. am Ende entstehen. Das gängigste Verfahren ist die Pyrolyse in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von 400-700 ºC. Die Pyrolyse eignet sich für Thermoplaste, Duromere und Elastomere. Die Kunststoffabfälle dürfen vermischt und verschmutzt sein. Der Rohstoff wird bei der Umsetzung in vier Produktfraktionen (Gase, Öle, Teere und Koks) zerlegt.

 

Bei der Hydrierung werden Kohlenstoffbindungen bei hohen Temperaturen und Drücken in einer Wasserstoffatmosphäre gespalten. Die entstehenden Spaltprodukte sind reaktiv und werden bei Anlagerung von Wasserstoff durch Hydrierreaktionen abgesättigt. Die entstehenden stabilen Moleküle sind wie Benzin oder Mittelöle einsetzbar.

 

Ein Verfahren, das auf der klassischen Kohleverflüssigung aufbaut, arbeitet vereinfacht wie folgt: Das Gemisch aus Kunststoffabfall, Vakuumrückstandsöl aus der Erdölverarbeitung und Additiven wird auf 300 bar verdichtet und ca. 490 ºC aufgeheizt. Dann werden erhitzter Wasserstoff und Kreislaufgas sowie Neutralisationsmittel für die entstehende Salzsäure vor der Hydrierung zugemischt. Die erste Hydrierstufe enthält drei in Reihe angeordnete Sumpfphasenreaktoren. Das Produkt des Letzten kommt in einen Heißabscheider, der es in die gasförmigen, flüssigen und festen Bestandteile auftrennt. Vakuumdestillation fraktioniert flüssige Phase und Feststoffe in das Vakuumgasöl und den festen Hydrierrückstand. Die gasförmige Fraktion des Heißabscheiders und das in den Kreislauf zurückgeführte Vakuumgasöl werden durch katalytische Gasphasenhydrierung in Flüssigprodukte verwandelt, die anschließend vom Restgas getrennt und stabilisiert werden. Die entstandenen synthetischen Öle (Syncrude) können in Raffinerien weiterverarbeitet werden.

 

 Solvolytische Verfahren

 

Technische Kunststoffe wie Polyester, Polyamide oder Polyurethane lassen sich durch Einwirkung von Chemikalien hoch selektiv zu niedermolekularen Stoffen (meist Monomere) spalten. Je nach den benutzten Spaltchemikalien unterscheidet man verschiedene Typen: Hydrolyse (Wasser), Alkoholyse (Methanolyse einwertiger Alkohole, Glykolyse mehrwertiger Alkohole) und Acidolyse (Säure).

 

 Hochofenprozess

 

Einen dritten stofflichen Verwertungsweg bietet der Hochofen. Dem Eisenerz wird durch Reduktion bei Reaktion mit einem Gas, das reduzierende Verbindungen wie Wasserstoff enthält, Sauerstoff entzogen. Meist erzeugt man das Reduktionsgas aus Koks oder Öl, aber auch Kunststoffabfälle lassen sich dabei einsetzen. Sie werden dem Hochofen von unten zugeführt. Bei Temperaturen von mehr als 2000 ºC entsteht ein Synthesegas. Im Aufsteigen reduzieren dessen Bestandteile Wasserstoff und Kohlenmonoxid das Eisenerz. Die noch verbleibenden brennbaren Anteile werden nach Verlassen des Hochofens thermisch genutzt. Anders als bei der reinen Verbrennung nutzt die Reduktion rund die Hälfte des Energieinhalts als chemische Energie.