Recycling Acrylglas-Recycling wird wirtschaftlich

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Forschende der ETH Zürich haben ein neues Verfahren entwickelt, um Acrylglas fast vollständig in seine einzelnen chemischen Grundbausteine zu zerlegen – ohne Lösungsmittel und ohne großen Wärmeaufwand. Damit rückt dessen Recycling in greifbare Nähe.

Acrylglas wird weltweit in großen Mengen für verschiedenste Anwendungen verwendet – von Glasscheiben über Autorücklichtern bis hin zu Möbeln. Bekannt ist das Polymer auch unter dem Markennamen Plexiglas. Noch zu oft endet Acrylglas im Abfall. Dabei ließe es sich gut rezyklieren, wie die Materialwissenschaftlerin und ETH-Professorin Athina Anastasaki zeigt. Sie arbeitet schon seit Jahren daran, Acrylglas effizient in seine Grundbausteine zu zerlegen und diese wiederzuverwenden. In früheren Arbeiten zeigte ihr Team, dass die sogenannte Depolymerisation zwar prinzipiell möglich ist, dafür aber spezielle Voraussetzungen nötig waren: So mussten die ETH-Forschenden die Polymerketten bisher chemisch verändern, um „Sollbruchstellen“ einzubauen. Andere Ansätze benötigten große Mengen Lösungsmittel, Katalysatoren oder UV-Licht, um die Depolymerisationen zu starten oder am Laufen zu halten. 

Neuer Ansatz spart Energie und Geld

Nun hat die ETH-Professorin und ihr Team eine neue Methode entwickelt, bei der das Polymer beinahe vollständig in seine Bausteine, die Monomere, zu zerlegen: die Monomer-Ausbeute liegt bei bis zu 98 Prozent. Das Rezyklat ist zudem selbst dann extrem rein, wenn das Ausgangsmaterial Farbstoffe oder Verunreinigungen enthält. Aus den zurückgewonnenen Monomeren können neue Polymere von gleicher Qualität wie bei der ersten Verarbeitung hergestellt werden. Der Prozess benötigt zudem deutlich weniger Energie als andere Verfahren. Die Depolymerisation startet bereits bei etwas mehr als 200 Grad Celsius. Bisher waren dafür mindestens 400 Grad nötig. Nicht zuletzt kommt das Verfahren gänzlich ohne Lösungsmittel aus. „Was unseren neuen Ansatz so spannend macht, ist seine Einfachheit“, sagt Richard Whitfield, Erstautor der Studie und ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter in Anastasakis Forschungsgruppe. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.

Patent eingereicht, Lizenznehmer gesucht 

Kern des neuen Verfahrens ist eine einzige chemische Verbindung aus der Stoffklasse der sogenannten N-Hydroxyimide, ein kommerziell erhältliches und kostengünstiges Reagenz. Es greift die Acrylglas-Polymer-Ketten an, zerschneidet die Ketten und setzt die Monomere frei. Ab Zugabe dieser Substanz läuft die Reaktion von selbst.
Die ETH Zürich hat die neue Methode zum Patent angemeldet und sucht nun Lizenznehmer. „Die Konkurrenz beim chemischen Kunststoffrecycling ist groß“, sagt Anastasaki, „besonders in den USA, wo finanzstarke große Forschungsgruppen auf diesem Gebiet arbeiten.“ Dank der soliden Grundfinanzierung durch die ETH Zürich kann die Materialwissenschaftlerin jedoch mithalten und ist den amerikanischen Mitbewerbenden dieses Mal sogar einen Schritt voraus.

Methode ist sofort einsatzbereit

Die chemische Industrie zeigt an der neuen Methode Interesse. Denn ein entscheidender Vorteil ist, dass die Industrie diese Methode mit bestehender Infrastruktur und normalen Prozessen umsetzen könnte. „Unsere früheren Ansätze hatten den Nachteil, dass Firmen Abläufe und Anlagen hätten ändern müssen, um den Ansatz zu implementieren. Das ist den meisten zu teuer“, erklärt Anastasaki. In den nächsten Schritten möchte sie die Methode hochskalieren und die Reaktionsmechanismen im Detail verstehen. Darauf basierend möchten die ETH-Forschenden Substanzen entwickeln, welche den Polymerabbau sogar noch beschleunigen und die Monomer-Ausbeute weiter optimieren. Einen kleinen Haken hat die Sache jedoch: Das Verfahren funktioniert nur für Acrylglas. Um weitere Kunststoffe in ihre Grundbausteine zu zerlegen, sind andere Ansätze nötig. Dennoch ist die Materialforscherin optimistisch: „Wir werden versuchen, dieses Prinzip auch auf Polystyrol anzuwenden, einen der weltweit am häufigsten genutzten Kunststoffe“, sagt Anastasaki.