Die Herausforderungen im Umgang mit Plastikmüll sind weltweit von brisanter Bedeutung, insbesondere wenn es um Materialien wie Polyethylen geht, das in unzähligen Alltagsprodukten Verwendung findet. Das Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) in Rostock hat nun einen vielversprechenden Ansatz entwickelt, um Polyethylen, das Hauptmaterial der weit verbreiteten Plastiktüten, effizient in Dicarbonsäuren umzuwandeln. Diese Dicarbonsäuren könnten als wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung von Nylon, auch bekannt als Polyamid, dienen. Der innovative Prozess könnte nicht nur die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen reduzieren, sondern auch einen bedeutenden Beitrag zur Reduzierung von Kunststoffabfällen leisten.
Polyethylen und Polypropylen machen zusammen etwa 80 Prozent des globalen Kunststoffabfalls aus, was jährlich schätzungsweise 400 Millionen Tonnen entspricht. Bisherige Methoden zur chemischen Wiederverwertung, wie die Pyrolyse, haben sich als problematisch erwiesen. Diese Methode, die auf hohen Temperaturen bis zu 600 Grad Celsius basiert, erzeugt zwar Öl, hat jedoch einen hohen Energieverbrauch und hinterlässt einen signifikanten CO2-Fußabdruck. In den USA haben bereits einige Pyrolyseanlagen aufgrund dieser ökologischen Bedenken geschlossen.
Dr. Esteban Mejía, ein leitender Wissenschaftler am LIKAT, erklärt, dass die Suche nach alternativen Recyclingmethoden notwendig ist. In der Forschung gibt es zahlreiche katalytische Verfahren, die oxidativ arbeiten, ähnlich wie die Pyrolyse. Diese Verfahren nutzen reaktive Sauerstoffspezies (ROS), die das Polyethylen chemisch abbauen. Jedoch erfordern diese Prozesse hohe Drücke und sind daher schwierig in größeren Maßstäben umzusetzen. Zudem sind die verwendeten Katalysatoren oft teuer und abhängig von Edelmetallen, was die Wirtschaftlichkeit einschränkt.
Im Rahmen ihrer Forschung hat das Team um Dr. Mejía einen neuen Ansatz gefunden. Durch die Kombination von stark verdünnter Salpetersäure und Wasserstoffperoxid bei moderaten Temperaturen von bis zu 120 Grad Celsius können sie Polyethylen effizient in Dicarbonsäuren umwandeln. Die Reaktion verläuft unter kontrollierten Bedingungen und lässt sich durch die richtige Wärmezufuhr steuern. Das Team beobachtete, dass sich das Polyethylen in einem Reagenzglas auflöst, was auf die Wirksamkeit ihrer Methode hinweist. Diese Methode könnte eine einfachere und kostengünstigere Möglichkeit darstellen, Polyethylen in wertvolle chemische Rohstoffe zu transformieren.
Die Dicarbonsäuren, die durch diesen Prozess entstehen, variieren in der Kettenlänge, wobei das Zielprodukt eine Kettenlänge von sechs Kohlenstoffatomen hat, da es sich hierbei um einen idealen Ausgangsstoff für die Nylonproduktion handelt. Bisher haben die Forscher die Kettenlängen ihrer Produkte auf vier bis zehn Kohlenstoffatome eingegrenzt. Um die Selektivität und Effizienz der Reaktion weiter zu verbessern, haben sie eine Kooperation mit Professor Dr. Udo Kragl von der Technischen Chemie der Universität Rostock initiiert und beantragten Fördermittel bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).
Darüber hinaus arbeiten sie an der Aufklärung der Reaktionsmechanismen, um besser zu verstehen, wie und wann die Zwischenprodukte während des Prozesses entstehen. Hierbei ist auch eine Zusammenarbeit mit einem Forscher aus Ecuador geplant, der den Einfluss von Licht auf die reaktiven Sauerstoffspezies in photochemischen Experimenten untersucht.
Der potenzielle Markt für Nylon ist enorm, da jährlich etwa acht Millionen Tonnen produziert werden, meist aus Erdöl. Der Einsatz von recyceltem Polyethylen könnte nicht nur die Abfallmenge erheblich reduzieren, sondern auch die Abhängigkeit der Industrie von fossilen Brennstoffen verringern. Dr. Mejía sieht in der massenhaften Nutzung dieser neuen Methode eine Möglichkeit, die Umwelt zu entlasten und nachhaltige Produktionsprozesse zu etablieren.
Aktuell bereitet das Team eine wissenschaftliche Veröffentlichung vor und wird auf der Southeast Asia Catalysis Conference in Singapur ihre Ergebnisse präsentieren. Es bleibt abzuwarten, welche weiteren Entwicklungen aus dieser innovativen Forschung hervorgehen werden, aber der Ansatz zeigt bereits vielversprechende Perspektiven für ein nachhaltigeres Recycling von Kunststoffen.
