Plastikmüll zu Essig: Wie Sonnenlicht und Eisen die Recycling-Chemie verändern könnten

Plastik zerfällt nicht von selbst. Es schwimmt jahrzehntelang in Gewässern, zerbricht höchstens in immer kleinere Fragmente. Forscher aus Kanada wollen das ändern. Mit Sonnenlicht und einem
Eisenkatalysator im Wasserbad.

Forschende der kanadischen University of Waterloo haben nun einen Weg gefunden, diesen Prozess umzukehren: Ein Eisenkatalysator im Wasserbad nutzt Sonnenlicht, um PET-Kunststoff in Essigsäure zu verwandeln. Und zwar in einen industriell nutzbaren Rohstoff. Verantwortlich ist eine Gruppe um Professor Yimin Wu vom Institut für Maschinenbau und Mechatronik, die ihre Studie im Fachjournal Advanced Energy Materials veröffentlichte. Die experimentelle Arbeit leistete Doktorand Wei Wei. Finanziert wurde das Projekt durch einen gemeinsamen Seed-Fonds des Waterloo Institute for Nanotechnology und des Water Institute. Essigsäure ist kein Nischenprodukt. Sie steckt in Lösungsmitteln, Klebstoffen und Lebensmittelzusätzen. Sie ist Ausgangsstoff für weitere Chemikalien. Der Großteil stammt heute aus fossilem Methan: Erdgas wird zu Methanol umgewandelt. Dabei entsteht Essigsäure, ein wichtiger Rohstoff der Chemieindustrie. Das bedeutet: Diese Methode könnte die Chemieindustrie unterstützen, ihre Abhängigkeit von Erdgas zu reduzieren, indem sie Plastik als Kreislaufquelle für Essigsäure nutzt.

Die Methode ist inspiriert von der Natur: Das Waterloo-Verfahren basiert auf Photokatalyse. Dabei werden Eiseneinzelatome in eine Kohlenstoffstruktur eingebettet. Unter Sonneneinstrahlung entstehen Hydroxylradikale. Ein hochreaktiver und flüchtiger Stoff, der Plastik zersetzen kann. In einem Bad mit diesen Katalysatoren wird die Sonneneinstrahlung genutzt, um die langen Molekülketten des Plastiks nach und nach in kleine Bruchstücke zu zerlegen. Für die Forschenden war die Natur die Inspiration. Vorbild sind Pilze, die organische Stoffe enzymatisch abbauen. Die Forscher ahmten diesen Mechanismus nach – nur mit einem Eisen-Licht-Katalysator statt Enzymen. Die Methode, die im Kleinen funktioniert, könnte eines der größten Probleme des Plastik-Recyclings lösen. Bisher ist es sehr aufwendig. Das Zerkleinern, Auflösen oder chemische Bearbeiten von Plastik ist für die meisten gängigen Verfahren stark energieaufwendig und damit auch teuer. Doch wenn man zum Beispiel Tanker oder Becken nutzen könnte, um langsam aber sicher Plastik aufzulösen, könnte das ein großer Gewinn für praktisches, wirtschaftliches Plastik-Recycling sein. Bei Raumtemperatur und normalem Druck wären Hochtemperaturanlagen oder Druckreaktoren nicht mehr nötig.

Daraus ergibt sich ein zweiter möglicher Anwendungsbereich: Gewässersanierung. Mikroplastik in Flüssen und Seen wäre grundsätzlich als Ausgangsmaterial nutzbar. Insofern der Katalysator in solchen Umgebungen weiter funktioniert. Die Forscher Studie geht nicht darauf ein, aber die Photokatalyse könnte genutzt werden, um Plastikmoleküle langsam aufzulösen. Ob das Waterloo-Verfahren jemals mit der etablierten Produktionsroute konkurrieren kann, bleibt offen. Angaben zur erreichbaren Ausbeute pro Kilogramm Kunststoff fehlen. Skalierungskosten sind unbekannt. Erst einmal wird hier eine Technik entwickelt. Ein vielversprechender Ansatz, der vielleicht eins der Hauptprobleme beim Recycling löst. Was die Studie beweist: Kunststoffabfall lässt sich chemisch aufwerten auch ohne große Energie-Investition.

Quelle:

• Advanced Energy Materials: Bio-Inspired Cascade Photocatalysis (…) for Effective Acetic Acid Production

• Universität von Waterloo: Researchers Turning Plastic Waste Into Vinegar