Acrylglas im Labor bei 200 °C zu reinen Monomeren recycelt

Acrylglas, der transparente Kunststoff in Fensterscheiben, Autorückleuchten und Möbeln, eignet sich gut zum Recycling, dennoch landet ein großer Teil davon im Müll. An der ETH Zürich haben die Materialwissenschaftlerin Athina Anastasaki und ihr Team nun eine Labormethode vorgestellt, die es mit einer Ausbeute von bis zu 98 % wieder in seinen Rohstoff zurückverwandelt, bei einer Temperatur von knapp über 200 °C.

Der Schlüsselschritt ist die Depolymerisation, also das Zerlegen der langen Ketten eines Polymers in seine Monomere, die kleinen Moleküle, die als Bausteine dienen. Die Gruppe um Anastasaki hatte zuvor gezeigt, dass dies prinzipiell möglich ist, allerdings nur unter bestimmten Bedingungen: Die Polymerketten mussten chemisch verändert werden, um Schwachstellen einzubauen, oder es waren große Mengen an Lösungsmitteln, Katalysatoren oder UV-Licht nötig. Ein anderes chemisches Recyclingverfahren, die Pyrolyse, arbeitet oberhalb von 400 °C und hinterlässt die zurückgewonnenen Monomere häufig mit Verunreinigungen von bis zu 3 %, was die Qualität des daraus hergestellten neuen Kunststoffs beeinträchtigen kann.

Der neue Ansatz beruht auf einer einzigen Substanz aus der Klasse der N-Hydroxyimide. Richard Whitfield, Erstautor der Studie in Nature Chemistry und früher Wissenschaftlicher Mitarbeiter in Anastasakis Gruppe, beschreibt die Suche, die dazu führte: Das Team prüfte systematisch Kandidaten, bis es diesen fand. Sobald er hinzugefügt wird, greift das Reagenz die Ketten an, und die Reaktion läuft ohne weiteres Zutun weiter. Anastasaki sagt, das Team sei überrascht gewesen, dass eine einzige Verbindung ausreicht. Die Arbeit entstand gemeinsam mit den ETH-Chemieprofessoren Tae-Lim Choi und Gunnar Jeschke, deren Beitrag sie als unverzichtbar beschrieb.

Für Unternehmen ist die konkreteste Veränderung die Anlagentechnik. Anastasaki erklärt, dass frühere Verfahren die Firmen gezwungen hätten, ihre Prozesse und Anlagen umzubauen, ein Aufwand, den sie für die meisten als zu hoch einschätzt. Die neue Methode könnte laut den Forschenden mit bestehender Infrastruktur und Standardprozessen laufen. Die ETH Zürich hat eine Patentanmeldung eingereicht und sucht nun Lizenznehmer, die chemische Industrie hat Interesse gezeigt. Einen Termin für eine industrielle Umsetzung gibt es nicht: Die nächsten Schritte sind das Hochskalieren und die detaillierte Kartierung der Reaktion.

Die Grenzen sind klar. Die Methode funktioniert nur bei Acrylglas, andere Kunststoffe erfordern andere Ansätze. Anastasaki sagt, ihre Gruppe wolle dasselbe Prinzip auf Polystyrol anwenden, einen der weltweit meistgenutzten Kunststoffe, doch das ist eine Absicht, kein Ergebnis. Vorerst stammen die Zahlen aus Laborexperimenten, und sie müssen in größerem Maßstab reproduziert werden, bevor jemand beurteilen kann, was das Verfahren in einer Anlage kosten und ergeben würde.