Forscher der ETH Zürich geben an, dass ein billiges Reagenz Acrylglas bei knapp über 200 °C in seine Grundbausteine zerlegt und dabei bis zu 98 Prozent zurückgewinnt.
Chemiker der ETH Zürich haben ein Verfahren entwickelt, mit dem Acrylglas bei deutlich niedrigeren Temperaturen als bisher recycelt werden kann. Die Universität gab die Ergebnisse am 19. Oktober bekannt , und das Team veröffentlichte seine Studie in der Fachzeitschrift „Nature Chemistry“. Laut ETH könnte das Verfahren das Recycling des Materials wirtschaftlich rentabel machen.
Acrylglas, das unter Markennamen wie Plexiglas vertrieben wird, findet Verwendung in Fensterscheiben, Autorückleuchten und Möbeln. Chemiker nennen es Polymethylmethacrylat oder PMMA. Wie die meisten Kunststoffe besteht es aus einer langen Kette kleiner Einheiten, den Monomeren. Um es chemisch zu recyceln, muss diese Kette aufgespalten und die einzelnen Monomere gesammelt werden.
Eine Chemikalie und kein Lösungsmittel
Das neue Verfahren verwendet ein preiswertes, handelsübliches Reagenz aus der Gruppe der N-Hydroxyimide. Es benötigt keinerlei Lösungsmittel. Sobald der Kunststoff auf etwas über 200 °C erhitzt wird, beginnt er sich in seine Monomere aufzuspalten, die das Team auffangen und wiederverwenden kann.
Frühere Methoden benötigten mindestens 400 °C, um dieselbe Reaktion in Gang zu bringen. Der ETH-Ansatz halbiert somit die benötigte Temperatur in etwa. In Tests erreichte die Ausbeute an zurückgewonnenem Monomer bis zu 98 Prozent.
„Das Spannende an unserem neuen Ansatz ist seine Einfachheit“, sagte Richard Whitfield, Hauptautor der Studie und ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter der Gruppe. Die Gruppe wird von Athina Anastasaki, Materialwissenschaftlerin und Professorin an der ETH Zürich, geleitet.
Warum Reinheit über Wiederverwendung entscheidet
Reinheit ist, wie bei jedem recycelten Rohstoff, das wichtigste Kriterium für das Recycling von Acrylglas. Die Pyrolyse, ein gängiges chemisches Recyclingverfahren für diesen Kunststoff, findet üblicherweise bei Temperaturen über 400 °C statt. Laut ETH Zürich liefert sie Monomere mit einem Verunreinigungsgrad von bis zu 3 Prozent. Diese Verunreinigungen können wiederum die Qualität von neuem Kunststoff, der aus dem gewonnenen Material hergestellt wird, mindern.
Das ETH-Team berichtet hingegen, dass sein Monomer sehr rein ist. Dies gilt selbst dann, wenn das Ausgangsmaterial Farbstoffe oder andere Verunreinigungen enthielt. Daher, so die Forscher, kann aus dem zurückgewonnenen Monomer neues Acrylglas in der gleichen Qualität wie beim ersten Mal hergestellt werden.
Das ist der entscheidende wirtschaftliche Punkt. Mechanisch recycelter Kunststoff landet oft in minderwertigen Produkten, da er mit jedem Recyclingdurchgang an Qualität verliert. Ein Verfahren, das sauberes Monomer zurückgewinnt, kann jedoch prinzipiell immer wieder dasselbe Produkt herstellen.
Die Suche nach dem richtigen Reagenz
Anastasakis Gruppe suchte lange nach dem richtigen Reagenz, bevor sie sich für dieses entschied. „Wir suchten systematisch, bis wir diese Substanz gefunden hatten“, sagte sie. Dennoch überraschte das Ergebnis das Team. „Das Einzige, was uns überraschte, war, dass eine einzige Chemikalie tatsächlich für die Reaktion ausreichte“, fügte sie hinzu.
Die ETH Zürich begründet diese Einfachheit mit ihrer wirtschaftlichen Rentabilität. Das Verfahren benötigt nur ein Reagenz und kein Lösungsmittel, wodurch der Aufwand für Einkauf, Handhabung und anschließende Trennung deutlich reduziert wird. Zudem benötigt es nur etwa die halbe Temperatur älterer Verfahren.
Die ETH Zürich legt auch die Grenzen fest. Laut der Universität funktioniert das Verfahren nur bei Acrylglas. Andere Kunststoffe benötigen eine eigene chemische Behandlung, daher ist das Verfahren allein nicht für gemischte Kunststoffabfälle geeignet.
Vom Labor zu den Lizenznehmern
Die Arbeiten finden bisher im Labormaßstab statt, und die ETH Zürich nennt noch keinen Termin für eine Pilotanlage. Die Universität hat eine Patentanmeldung eingereicht und sucht nun nach industriellen Lizenznehmern.
Als Nächstes plant das Team, die Methode auszuweiten und die Reaktionsmechanismen genauer zu untersuchen. Anschließend sollen Additive entwickelt werden, die den Abbau beschleunigen und die Ausbeute erhöhen. Die Forscher beabsichtigen außerdem, das gleiche Prinzip an Polystyrol, einem weiteren weit verbreiteten Kunststoff, zu testen.
Anastasaki rechnet mit einem hart umkämpften Markt. „Der Wettbewerb im Bereich des chemischen Kunststoffrecyclings ist enorm“, sagte sie. Auch andere Forschungsgruppen und Unternehmen entwickeln Technologien für das chemische Recycling von Kunststoffen.
Das Ergebnis der ETH Zürich zeigt, wie Acrylglasrecycling mit weniger Wärme und geringerem Ressourceneinsatz aussehen könnte. Der nächste Schritt ist ein Lizenznehmer, der das Verfahren über die Laborphase hinaus umsetzt. Bis dahin sind die Kosten im industriellen Maßstab noch nicht erwiesen.
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