Neuer Ansatz der Methanolherstellung: Meeresmüll aufwerten
Aus dem modernen Leben sind die Kunststoffe nicht mehr wegzudenken, aber der Umgang mit Kunststoffabfällen stellt ein wachsendes Problem dar. Das Europäische Parlament schätzt, dass jedes Jahr 4,8 bis 12,7 Millionen Tonnen Plastik in die Ozeane gelangen. Das Anliegen des im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten Projekts CCLEANER war, sich mit diesem Problem zu befassen. Dazu wurden umweltfreundliche Wege zum chemischen Recycling von Kunststoffabfällen erforscht.
Chemische Recyclingverfahren
Die bekannteste Form des Kunststoffrecyclings ist die mechanische, werkstoffliche Aufbereitung. Dabei werden die Kunststoffe nach Sorten sortiert und anschließend zu verwertbaren Materialien weiterverarbeitet. Sortieren ist unerlässlich, da verschiedene Kunststoffe unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, die bestimmen, wie sie am besten verwendet werden können. Es ist jedoch arbeitsintensiv und kostspielig. Beim werkstofflichen Recycling werden außerdem gewaltige Wassermengen zur Reinigung der recycelten Kunststoffe gebraucht. In der Folge verursacht das werkstoffliche Recycling hohe wirtschaftliche und ökologische Kosten. Chemisches Recycling birgt den Vorteil, dass die Kunststoffmoleküle zur Wiederverwendung aufgespalten oder neu aufgebaut werden. Bei der Vergasung, einem Pyrolyseverfahren, wird der Kohlenstoff aus Meereskunststoffen genutzt und in wertvolle Chemikalien wie zum Beispiel Methanol umgewandelt. Vor dem Vergasungsprozess kommt die hydrothermale Karbonisierung zum Einsatz, um Hydrokohle, die sogenannte HTC-Kohle, zu erzeugen, einen hochwertigen Feststoff, der die Vergasung unterstützen kann. Da die meisten Kunststoffe ursprünglich aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, eignen sich die zurückgewonnenen Chemikalien für viele ähnliche Anwendungen, wodurch die Kunststoffabfälle besser valorisiert werden. Methanol und HTC-Kohle sind die Hauptergebnisse beim chemischen Recycling von Kunststoff. Neben dem Einsatz im Zusammenhang mit Kunststoffen ist Methanol ein Baustein für viele weitere Materialien. Es dient auch als saubere Energiequelle für Fahrzeuge, Brennstoffzellen und Öfen. HTC-Kohle kann nicht nur den Vergasungsprozess weiter ankurbeln, sondern auch als umweltfreundlicher Ersatz für Kohle und Koks genutzt werden.
Suche nach klimaneutralen Lösungen
Auch wenn diese Ergebnisse spannend und wichtig für den Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft sind, gibt es dennoch einen Haken: Bei der Erzeugung der für die Pyrolyse benötigten Energie entstehen häufig Treibhausgase. So besteht ein wichtiges Ziel des Projekts darin, die Auswirkungen des chemischen Recyclingprozesses auf die Umwelt zu verringern. Projektstipendiat Yi Cheng erläutert dazu: „In der Gesamtbilanz werden für ein kommerzielles Produktionsverfahren eine Kohlenstoffquelle (Kunststoffabfälle), eine Wasserstoffquelle (Wasser) und Energie (erneuerbare Energien) benötigt.“ Das Team von CCLEANER setzte Maschinenlernalgorithmen ein, um viele Aspekte des Vorgangs zu untersuchen. Die Forschenden verglichen Prozessmodelle von Anlagen an Land und an Bord von Schiffen und griffen auf KI zurück, um den Plastikmüll zu analysieren, der verarbeitet wird. Cheng berichtet: „Das Projekt bietet einen praktikablen Ansatz zur Bekämpfung von im Meer schwimmenden Kunststoffabfällen. Wir haben eine Methode des maschinellen Lernens eingesetzt, um das instabile Ausgangsmaterial in den Griff zu bekommen, was in Bezug auf das Upcycling der vielen verschiedenen Kunststoffpartikel ein Hindernis darstellt.“ Durch den Einsatz von Meerwasser als Reaktionsmedium und die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind, Wellen und Sonne konnte im Rahmen von CCLEANER ein bahnbrechender Ansatz für das chemische Recycling von Kunststoffen entwickelt werden. Die im Verlauf des Projekts aufgestellten umfassenden Ökobilanzen und durchgeführten technisch-ökonomischen Analysen ergaben aufschlussreiche politische Empfehlungen. Grünes Methanol, das aus den aus dem Meer geborgenen Kunststoffabfällen hergestellt wird, befindet sich in Reichweite. Stellen Sie sich ein Schiff oder eine künstliche Insel vor, auf der Kunststoffe gesammelt, Energie genutzt und durch chemisches Recycling hochwertige Produkte erzeugt werden. Mit kontinuierlichen Investitionen in eine emissionsfreie Zukunft werden die projektintern erarbeiteten Innovationen im Bereich der hydrothermalen Karbonisierungstechnologien zu saubereren Ozeanen sowie wirtschaftlicher und ökologischer Nachhaltigkeit führen, und damit diese Vision Wirklichkeit werden lassen.
Schlüsselbegriffe
CCLEANER, Kunststoffabfälle, Methanol, chemisches Recycling, maschinelles Lernen, Pyrolyse, Meeresmüll, hydrothermale Karbonisierung, Hydrokohle, HTC-Kohle, klimaneutrale Lösungen