Kunststoffabfälle werden mit ATT in sauberen Wasserstoff umgewandelt

Wenn eine wissenschaftliche Innovation eines unserer dringendsten Umweltprobleme angehen kann, ist das eine bemerkenswerte Leistung. Gelingt es ihr, gleich zwei Herausforderungen zu lösen, ist das umso besser.

Eine neue Studie beschreibt ein Verfahren, das drei der am häufigsten verwendeten Kunststoffe in Wasserstoff umwandeln kann – einen Energieträger, der künftig sauber und in großen Mengen verfügbar sein könnte.

Besonders wichtig: Das Verfahren benötigt keine vorherige Sortierung der Kunststoffe. Dieser kostspielige und zeitaufwendige Schritt in der Recyclingkette ist mit ein Grund dafür, dass derzeit nur 9 Prozent der Kunststoffe recycelt werden.

„Wir lösen zwei dringende globale Probleme gleichzeitig“, sagt Ah-Hyung Park, Chemie- und Biomolekularingenieurin an der University of California, Los Angeles (UCLA), die die Studie gemeinsam mit Forschenden in Südkorea leitete.

„Kunststoffabfälle nehmen in alarmierendem Tempo zu, und sauberer Wasserstoff ist entscheidend für die Dekarbonisierung des Energiesektors. Diese Technologie geht beide Herausforderungen auf kreative und skalierbare Weise an.“

Alkalische Wärmebehandlung erzeugt Wasserstoff aus Kunststoff

Das Verfahren heißt alkalische Wärmebehandlung, kurz ATT. Einige der beteiligten Forschenden hatten es zuvor entwickelt, um Algen in hochreinen Wasserstoff umzuwandeln.

Für die Wasserstoffproduktion nutzt die Methode die Chemikalie Natriumhydroxid in Verbindung mit Wärme.

Bei Tests mit gemischten Kunststoffabfällen, darunter Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), erzeugte ATT Wasserstoffgas mit Reinheiten von über 90 Prozent – ganz ohne vorherige Sortierung.

Gegenüber heutigen Verfahren zur Wasserstoffherstellung bot die Methode zwei entscheidende Vorteile: Sie funktionierte bei Temperaturen, die rund 300–400 °C niedriger lagen als bei alternativen Ansätzen, und sie band den größten Teil der Kohlenstoff-Nebenprodukte, nämlich 75 Prozent, als Feststoff, statt diesen Kohlenstoff als Kohlendioxid in die Atmosphäre freizusetzen.

„Die deutliche Verringerung direkter CO₂-Emissionen legt nahe, dass die ATT-basierte Wasserstoffproduktion gegenüber herkömmlichen Verfahren ökologische Wettbewerbsvorteile bieten könnte“, schreiben die Forschenden in ihrer veröffentlichten Arbeit.

Um die Ausbeute zu erhöhen, behandelte das Team die Kunststoffe PE und PP vor, indem es sie erhitzte und oxidierte. Dadurch wurde Sauerstoff in die Polymerketten eingebracht, was die Materialien reaktionsfähiger machte.

Der fehlende Sauerstoff in PE und PP macht diese Kunststoffe üblicherweise widerstandsfähig gegenüber chemischer Verarbeitung. Das ist ein weiterer Grund, weshalb bestehende Technologien Schwierigkeiten haben, gemischte und unsortierte Kunststoffe umzuwandeln.

„Durch die Verbindung eines Betriebs bei niedrigeren Temperaturen, der Fähigkeit zur Kohlenstoffabscheidung und der Vorteile bei gemischten Kunststoffen bietet ATT einen praktischen Weg, Kunststoffabfälle zu sauberem Wasserstoffbrennstoff aufzuwerten“, schreiben die Forschenden in ihrer veröffentlichten Arbeit.

Skalierung der ATT-Technologie für Kunststoffabfälle

Der neue Ansatz ist äußerst vielversprechend, bis zu einem kommerziellen Einsatz bleibt jedoch noch Arbeit zu leisten.

Die wichtigste Aufgabe besteht nun darin, das Verfahren so zu skalieren, dass es außerhalb eines Labors betrieben werden kann. In dieser Untersuchung kamen lediglich sehr kleine Proben zum Einsatz.

Um dieses Ziel zu erreichen, seien weitere Arbeiten erforderlich, um den ATT-Prozess zu optimieren, die Wasserstoffausbeute zu steigern, Kohlenstoffemissionen zu minimieren und die Temperaturen vergleichsweise niedrig zu halten, erklären die Forschenden.

Zu den in der Studie getesteten Kunststoffen zählen Materialien für Trinkhalme, Beutel, Behälter und Getränkeflaschen. Es handelt sich also um weit verbreitete, aus Erdöl hergestellte Materialien, die erheblich zur Kunststoffverschmutzung beitragen.

Sauberer Wasserstoff und Kreislaufwirtschaft

Die Forschung bringt uns zudem der Suche nach nachhaltigen Wasserstoffquellen näher.

Wasserstoff wird häufig als „sauberer“ Brennstoff bezeichnet, weil bei seiner Nutzung nur Wasserdampf entsteht. Seine Klimabilanz hängt jedoch davon ab, wie er hergestellt wird. Der Großteil des Wasserstoffs wird derzeit aus Erdgas produziert, einem fossilen Brennstoff, und zwar in einem energieintensiven Prozess mit hohen CO₂-Emissionen. Forschende arbeiten allerdings an anderen Wegen.

Indem Kunststoffe genutzt, der Kohlenstoff abgeschieden und Wasserstoff erzeugt wird, könnte die ATT-Methode – sofern sie skalierbar ist – ein starker Kandidat sein, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

„Indem die Sortierkosten und die Prozesskomplexität gesenkt werden, die bisher große Hindernisse für die Kommerzialisierung darstellten, hat diese Technologie das Potenzial, zu einer Kerntechnologie der nächsten Generation zu werden, die sowohl die Wasserstoffwirtschaft als auch die Kreislaufwirtschaft unterstützt“, sagt der Chemieingenieur und Materialwissenschaftler Woo-Jae Kim von der Ewha Womans University in Südkorea.

Die Forschung wurde in PNAS veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Rachel Garner auf Fakten geprüft und von Clare Watson redigiert. Wir sind zwar stolz auf unseren Prozess, aber auch nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.