Wasserstoff aus Plastikmüll

Forscher der Universität Oxford finden Weg für Kunststoff-Recycling

Die ständig zunehmende Produktion und Verwendung von Kunststoffen hat ein riesiges Umweltproblem für die Welt geschaffen. Gegenwärtig wird der größte Teil der bisher produzierten 4,9 Milliarden Tonnen Kunststoffe, auf Deponien oder in der natürlichen Umwelt entsorgt. Schätzungen zufolge soll der Plastikmüllberg bis 2050 auf etwa 12 Milliarden Tonnen anwachsen. Jetzt haben Chemiker der Universität Oxford ein Verfahren entwickelt, bei dem Kunststoff in Wasserstoff und festen Kohlenstoff umgewandelt wird.

In Zusammenarbeit mit Kollegen an Universitäten und Institutionen im Vereinigten Königreich, in China und im Königreich Saudi-Arabien haben Forscher der Edwards/Xiao-Gruppe am Oxford Department of Chemistry eine Methode entwickelt, Kunststoffabfälle in Wasserstoffgas, das als sauberer Brennstoff verwendet werden kann, und in hochwertigen festen Kohlenstoff umzuwandeln. Dies wurde mit einer neuartigen, von der Gruppe entwickelten Katalyse erreicht, bei der Mikrowellen zur Aktivierung von Katalysatorteilchen eingesetzt werden, um Wasserstoff effektiv aus Polymeren “abzustreifen”.

Künstlerische Darstellung der Wasserstoffgewinnung – Foto © Universität Oxford, Xiangyu Jie

Die Ergebnisse, die in Nature Catalysis veröffentlicht wurden, zeigen im Detail, wie die Forscher mechanisch pulverisierte Kunststoffpartikel mit einem Mikrowellen-Suszeptor-Katalysator aus Eisenoxid und Aluminiumoxid mischten.  Die Mischung wurde einer Mikrowellenbehandlung unterzogen und ergab ein großes Volumen an Wasserstoffgas und einen Rückstand kohlenstoffhaltiger Materialien, von denen der Großteil als Kohlenstoffnanoröhren identifiziert wurde.

Das schnelle einstufige Verfahren zur Kunststoff-Umwandlung vereinfache die üblichen Prozesse im Umgang mit Kunststoffabfällen erheblich und zeige, dass mehr als 97% des Wasserstoffs im Kunststoff in sehr kurzer Zeit in einem kostengünstigen Verfahren ohne CO2-Belastung extrahiert werden können, so die Forscher.

Die neue Methode stelle eine attraktive potentielle Lösung für das Problem der Kunststoffabfälle dar; anstatt unser Land und unsere Ozeane zu verschmutzen, könnten Kunststoffe als wertvolles Ausgangsmaterial für die Herstellung von sauberem Wasserstoffbrennstoff und wertschöpfenden Kohlenstoffprodukten verwendet werden, heißt es in der Medienmitteilung der Universität Oxford.

Professor Peter Edwards: “Unsere Forschung eröffnet ein völlig neues Gebiet der Katalyse im Hinblick auf die Selektivität und bietet einen potenziellen Weg zur Bewältigung der Herausforderung des Armageddons der Kunststoffabfälle, insbesondere in Entwicklungsländern einen Weg zur Wasserstoffwirtschaft – und ermöglicht ihnen so, die alleinige Nutzung fossiler Brennstoffe zu überwinden”.

Die Idee für diesen Fortschritt in der “angewandten Wissenschaft” hat ihren Ursprung in einem zutiefst “rein wissenschaftlichen” Projekt – dem tiefen Verständnis der Wissenschaft des größeninduzierten Metall-Isolator-Übergangs (SIMIT), ein Thema, das die Edwards-Gruppe seit vielen Jahren untersucht hat.  Die Idee ist, dass, wenn man ein Stück hochleitendes Metall in immer kleinere Stücke zerteilt, gibt es ein Stadium (d.h. eine kritische Partikelgröße), bei dem es aufhört, sich wie ein Metall zu verhalten.

Die Forscher beobachteten, dass, wenn ein Metall beim Durchlaufen des SIMIT in das so genannte mesoskopische Regime eintritt, die Leitfähigkeit innerhalb eines Teilchens um etwa 10 Größenordnungen abnimmt, während gleichzeitig die Mikrowellenabsorption um etwa 10 Größenordnungen zunimmt.  Dies bedeutet, dass sich kleine “metallische” Partikel unterhalb des SIMIT als “Super-Mikrowellenabsorber” verhalten – sie stellen einen hocheffektiven Weg zur Erwärmung von Katalysatorpartikeln dar und erzeugen ein System von winzigen “Hot Spots”, wenn sie elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung ausgesetzt sind.

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