Kunststoff Ist CO₂ das neue Erdöl?

Forschende der RWTH Aachen, der Max-Planck-Gesellschaft und der Covestro AG haben ein Verfahren entwickelt, um aus Kohlendioxid und weiteren Stoffen den Rohstoff Polyol herzustellen.

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Ob im Verkehr, in der Industrie oder in Kraftwerken, überall dort, wo fossile Stoffe verbrannt oder verarbeitet werden, werden große Mengen an Kohlendioxid (CO₂) ausgestoßen. Im Gegenzug wird in der chemischen Industrie Kohlenstoff, ein Bestandteil des Treibhausgases CO₂, als zentraler Baustein für zahlreiche Produkte wie zum Beispiel Kunststoffe benötigt. Gewonnen wird er meist aus Erdöl, Erdgas oder Kohle. Das Team aus Wissenschaft und Industrie der RWTH Aachen, der Max-Planck-Gesellschaft und der Covestro AG hat mit seinem Projekt einen ersten Schritt gemacht, um diesen Kohlenstoffkreislauf zu schließen, indem stattdessen ein Teil des emittierten Kohlendioxids für die Industrieproduktion genutzt wird.

5000 Tonnen Polyol im Jahr

Bei dem neuen Verfahren wird ein Teil des Erdöl-basierten Rohstoffs für die chemische Produktion durch CO₂ ersetzt. Bereits jetzt können in einer Pilotanlage der Covestro AG jährlich bis zu 5000 Tonnen Polyol hergestellt werden. Diese Substanz wird zu Polyurethanen weiterverarbeitet, die beispielsweise als Schaumstoffe in Matratzen Verwendung finden. Weitere Anwendungsfelder von Polyurethanen sind zum Beispiel als Weichschäume in Autositzen oder als Hartschäume in Dämmmaterialien.

Ermöglicht wurde die CO₂-Nutzung durch einen Durchbruch in der Katalyseforschung. Da CO₂ chemisch träge ist und nur sehr mühsam chemische Verbindungen mit anderen Substanzen eingeht, brauchte es einen maßgeschneiderten Katalysator, um die Reaktion so zu steuern, dass sie wirtschaftlich und effizient ist. Ein Katalysator bringt die Reaktionspartner dazu, Verbindungen einzugehen, indem er die Aktivierungsenergie für die Umwandlung senkt und diese in eine gewünschte Richtung steuert. Für den Einbau von CO₂ in das Polyol haben die Experten von RWTH und Covestro einen geeigneten Katalysator gefunden.

„Das neue Verfahren verdeutlicht, wie die Chemie zu einer nachhaltigen Zukunft mit geschlossenen Kohlenstoffkreisläufen beitragen kann“, sagt Walter Leitner, Inhaber des RWTH-Lehrstuhls für Technische Chemie und Petrolchemie und Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion. Die Zusammenarbeit mit Covestro im Rahmen des CAT Catalytic Center an der RWTH Aachen sei dabei ein Paradebeispiel für Kooperationsmodelle zwischen akademischer Grundlagenforschung und industrieller Innovation. „Gemeinsam mit Christoph Gürtler und Berit Stange stehen wir stellvertretend für viele Kollegen und Mitarbeiter, die zu diesem Erfolg mit Kreativität, Kompetenz und Engagement beigetragen haben,“ erläutert Walter Leitner. Christoph Gürtler verantwortet den Bereich Neue Verfahren und Produkte bei der Covestro AG und Berit Stange dort den Bereich Kreislaufwirtschaft Polyurethane.

Kunststoffe recyceln

Zur Rückführung von Kunststoffen in einen Kreislauf unterscheidet man das werkstoffliche Recycling und das chemische Recycling.
Das werkstoffliche Recycling ist ein mehrstufiger Prozess (Sortierung, Zerkleinerung, Reinigung, Trocknung, Regranulierung), bei dem die polymere Struktur des Kunststoffs gar nicht bzw. nur geringfügig beeinflusst wird.
Das chemische Recycling zerlegt hingegen die polymere Struktur in monomere Grundbausteine. Diese werden anschließend durch einen Synthesevorgang wieder zu einem Polymer aufgebaut. In aller Regel kommt das chemische Recycling in Betracht, wenn das werkstoffliche Recycling nicht möglich ist. Erscheint auch das chemische Recycling nicht sinnvoll, bleibt die energetische Verwertung, die unter diesen Umständen die sinnvollste Variante darstellt.

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