Neues Polystyrol-Recyclingverfahren könnte weltweit das erste sein, das sowohl wirtschaftlich als auch energieeffizient ist

Ingenieure haben ein neues Verfahren für das Recycling von Polystyrol entwickelt, das die erste praktikable Möglichkeit sein könnte, das Material wiederverwendbar zu machen.

Das Team von Chemieingenieuren der University of Bath im Vereinigten Königreich und des Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts, USA, sagt, dass ihre Technik die erste sein könnte, die das Recycling von Polystyrol sowohl wirtschaftlich als auch energieeffizient macht.

Wie in einer neuen Forschungsarbeit, die im Chemical Engineering Journal veröffentlicht wurde, erläutert wird, nutzt die Technik einen chemischen Prozess namens Pyrolyse, um Polystyrol in Teile zu zerlegen, die zu neuen Stücken des Materials wieder zusammengesetzt werden können.

Dr. Bernardo Castro-Dominguez, Senior Lecturer in Chemical Engineering an der University of Bath und Co-Direktor des Centre for Digital, Manufacturing & Design (dMaDe), sagt: ​„Chemische Recyclingtechniken sind derzeit ein wichtiger Schwerpunkt in der Chemietechnik, und es werden dringend kosten- und energieeffiziente Wege benötigt, um Kunststoffe in ihre Grundbausteine wie Polystyrol aufzuspalten.

​„Derzeit werden weniger als 5 % des Polystyrols recycelt — unsere Arbeit zeigt, dass bis zu 60 % des heute verwendeten Polystyrols durch chemisch recyceltes Styrol ersetzt werden könnten.“

Dr. Michael Timko, Professor für Chemietechnik am Worcester Polytechnic Institute, fügt hinzu: ​„Unsere Analyse zeigt, dass Polystyrol ein idealer Kandidat für ein chemisches Recyclingverfahren ist. Überraschenderweise ist das Verfahren energetisch effizient und potenziell wirtschaftlich wettbewerbsfähig. In Bezug auf die Emissionen hat die Investition in dieses Verfahren das Potenzial, mit einfachen Maßnahmen wie der Energieeinsparung gleichzuziehen, was den Umfang der Emissionsreduzierung angeht, die mit einer bestimmten Investition erreicht werden kann.“

Polystyrol kann durch Wärme chemisch recycelt werden, aber wiederholte Behandlungen führen zu einem Abbau des Materials, wodurch es an Festigkeit und Flexibilität verliert. Da für dieses Verfahren spezielle Anlagen erforderlich sind, nehmen die meisten Recyclingzentren Polystyrol nicht an — und wegen der hohen Transportkosten wird es nur selten zu diesen Anlagen gebracht. Daher wird derzeit nur sehr wenig Polystyrol recycelt.

Bei der Pyrolyse wird das Material in einer sauerstofffreien Kammer sehr hohen Temperaturen (von über 450 °C) ausgesetzt, so dass es sich nicht entzünden kann. Stattdessen zerfällt das Polystyrol in Teile, die als Monomere bezeichnet werden, die dann gereinigt und anschließend wieder zu neuem Polystyrol zusammengesetzt werden können. Für die Herstellung eines Kilogramms des neuen Materials werden weniger als 10 Megajoule Energie benötigt, was in etwa dem Stromverbrauch einer typischen Mikrowelle für 30 Minuten entspricht.

Das ermittelte Verfahren umfasst einen Pyrolysereaktor, einen Wärmetauscher und ein Paar Destillationskolonnen, die die Polystyrolteile in ​„monomeres“ Styrol — den Teil, der zu Polystyrol umgewandelt werden kann — und ​„leichte“ und ​„schwere“ erdölähnliche Nebenprodukte trennen, die auf andere Weise wiederverwendet werden können.

Das Verfahren hat eine Ausbeute von 60 % — das bedeutet, dass bei der Verwendung von 1 kg gebrauchtem Polystyrol 600 Gramm 99 % reines monomeres Styrol für die Herstellung von neuem Polystyrol zur Verfügung stehen würden, wodurch der Einsatz fossiler Brennstoffe verringert würde. Die Arbeit hebt auch die Vorteile für die Umwelt hervor und stellt fest, dass die Kosten für die Verringerung der Kohlenstoffemissionen durch die Einführung dieses Verfahrens bei etwa 1,5 Dollar pro Tonne CO2 liegen, also deutlich niedriger als bei vielen anderen Recyclingverfahren.

Die Forscher sagen, dass politische Maßnahmen, die den Verbrauchern Anreize für das Recycling von Polystyrol bieten oder es vor der Deponierung bewahren, dazu beitragen würden, das Verfahren wirtschaftlich noch attraktiver zu machen.

Die Arbeit mit dem Titel Thermodynamic and Economic Analysis of a Deployable and Scalable Process to Recover Monomer-Grade Styrene from Waste Polystyrene (Thermodynamische und wirtschaftliche Analyse eines einsatzfähigen und skalierbaren Verfahrens zur Rückgewinnung von Styrol in Monomerqualität aus Polystyrolabfällen) wurde im Chemical Engineering Journal veröffentlicht und von der US National Science Foundation finanziert.