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Recycling Mit katalytischer Pyrolyse zu hochwertigen Recyclaten

Quelle: Pressemitteilung 3 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Heidrive GmbH
SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH
Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

Das Recycling von Polycarbonat-Abfällen ist bisher an Grenzen gestoßen, denn mechanische Recyclingverfahren generieren nicht für alle Anwendungen ausreichende Recyclat-Qualitäten. Fraunhofer-Forschende haben gemeinsam mit Covestro Deutschland AG eine Methode entwickelt, mit der sich die Ausgangsstoffe der Polycarbonate zurückgewinnen lassen.

Aus unterschiedlichen Polycarbonat-haltigen Abfällen wird mit dem neuen Recycling-Verfahren Pyrolyseöl als Rohstoff für die Herstellung neuer Kunststoffe gewonnen.(Bild: Fraunhofer IKTS)
Aus unterschiedlichen Polycarbonat-haltigen Abfällen wird mit dem neuen Recycling-Verfahren Pyrolyseöl als Rohstoff für die Herstellung neuer Kunststoffe gewonnen.
(Bild: Fraunhofer IKTS)

Wer nach einem hochwertigen Kunststoff sucht, landet schnell bei Polycarbonat (PC). Dieses Material ist temperaturbeständig, schwer entflammbar, kratz- und abriebfest und widersteht sogar verdünnten Säuren. Außerdem besitzt es eine hohe Transparenz. Diese Eigenschaften machen Kunststoffe mit PC zu einem begehrten und vielseitig einsetzbaren Werkstoff in der Industrie. Deshalb suchen viele Hersteller nach Wegen, den wertvollen Werkstoff durch Recycling von Plastikmüll zurückzugewinnen. Doch herkömmliche Technologien wie das mechanische Recycling liefern nur unzureichende Recyclat-Qualitäten, die nicht mehr für die Herstellung hochwertiger Produkte geeignet sind.

Katalytische Pyrolyse ermöglicht chemisches Recycling

Eine Alternative haben nun Forschende am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS gemeinsam mit dem Chemieunternehmen Covestro Deutschland AG entwickelt: das chemische Recycling durch katalytische Pyrolyse. Bei der Pyrolyse werden Stoffe unter Sauerstoffausschluss erhitzt. Als Folge zerfallen die Substanzen, und die Ausgangsbestandteile des Kunststoffs lassen sich zurückgewinnen.

Die Forschenden machen sich dabei den besonderen Aufbau der Polycarbonate zunutze. Diese bestehen aus Polymeren, einer Kombination miteinander verbundener Molekülgruppen, den Monomeren. Werden die Polymere in der Pyrolyse thermischer Belastung ausgesetzt, brechen die Bindungen an den Sollbruchstellen zu den hochwertigen Molekülen auf.

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Die Pyrolyse soll die herkömmlichen Verfahren nicht ersetzen, sie ist vielmehr eine ideale Ergänzung, wenn es darum geht, aus Plastikresten neue Kunststoffe in hoher Qualität zurückzugewinnen. Das Pyrolyse-Verfahren ist ein großer Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft in den Industriebranchen, die Kunststoffe verarbeiten.

Prof. Martin Gräbner, Abteilungsleiter Energie- und Verfahrenstechnik am Fraunhofer IKTS

Drehrohrofen verarbeitet auch größere Mengen

Das Fraunhofer-Team nutzt für die Pyrolyse einen Drehrohrofen. Er hat einen robusten Aufbau und mit seiner Größe kann er auch größere Mengen verarbeiten. Die als Granulat von Covestro angelieferten Kunststoffabfälle werden in das rotierende Rohr eingeführt und darin erhitzt. Als Produkt entsteht zunächst ein Pyrolysegas, aus dem in einer Kondensationsanlage eine ölige Flüssigkeit abgeschieden wird. Daraus wiederum gewinnt der Projektpartner Covestro in einem Aufarbeitungsprozess die unterschiedlichen werthaltigen Moleküle.

Wenn die Reaktionsprodukte aus der Pyrolyse im Drehrohrofen zu langsam abkühlen, werden die chemischen Prozesse nicht gestoppt, und die aufgespaltenen Moleküle bilden wieder neue Verbindungen. Erst wenn alle Parameter korrekt eingestellt und aufeinander abgestimmt sind, entsteht die gewünschte hohe Ausbeute an Zielprodukten. Wir haben deshalb zahlreiche Testreihen durchgeführt und so schrittweise den Prozess optimiert.

Dr. Jörg Kleeberg, Wissenschaftler am Fraunhofer IKTS

Hochkomplexer und empfindlicher Prozess

Die Aufspaltung der Kunststoffe bei hoher Temperatur ist ein hochkomplexer und empfindlicher Prozess. Die Herausforderung für das Team des Fraunhofer IKTS bestand deshalb darin, die Parameter für den Pyrolysevorgang exakt einzustellen:

  • Temperatur
  • Aufheiz- und Verweilzeit
  • Abkühlung
  • Druckverhältnisse oder
  • das Beigeben von Hilfs- und Zusatzstoffen

Erschwerend kommt hinzu, dass die Kunststoffe mit Additiven versehen sind, darunter Farbstoffe, Aufheller, Flammschutzmittel, Substanzen, die Festigkeit oder Elastizität beeinflussen oder auch Lichtschutzmittel. All diese Zusatzstoffe machen die Behandlung im Drehrohrofen kompliziert.

Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft

Die neue Recycling-Technologie eröffnet der Industrie handfeste Vorteile. Das gewonnene Pyrolyse-Öl enthält für die chemische Industrie wichtige Plattformchemikalien wie Styrol oder Phenol. Für diese müssen derzeit noch fossile Rohstoffe aus Raffinerien genutzt werden. Auch Projektpartner Covestro ist von den Vorteilen überzeugt: „Mit dem katalytischen Pyrolyse-Verfahren gewinnen wir aus unterschiedlichen PC-haltigen Abfällen wieder Rohstoffe für die Polycarbonatproduktion. Damit senken wir Kohlendioxid-Emissionen, sparen Energie und reduzieren die Kosten“, erklärt Dr. Stefanie Eiden, Projektleiterin Pyrolyse global.

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