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May 31, 2023

Durchbruch in der Polymerforschung könnte das Recycling revolutionieren

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Einem Forscherteam unter der Leitung von BRENT SUMERLIN, dem George B. Butler-Professor am Fachbereich Chemie, ist ein Durchbruch gelungen, der das Potenzial hat, die Art und Weise, wie wir Kunststoffe recyceln, zu verändern. Ihr innovativer Ansatz bei der Arbeit mit Polymeren hat sie dazu veranlasst, eine neue Recyclingmethode zu entwickeln, die verspricht, den Energiebedarf zu senken, ohne die Qualität des Kunststoffs zu beeinträchtigen.

Es ist kein Geheimnis, dass die USA und die Erde insgesamt ein drängendes Plastikproblem haben. Trotz eines kometenhaften Anstiegs des Verbrauchs in den letzten Jahrzehnten werden derzeit nur etwa 10 % unseres Kunststoffs recycelt.

„Unsere Arbeit ist eine Reaktion auf den Aufruf zum Handeln, der in den Zielen für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen enthalten ist“, sagte Sumerlin. „Neue Recyclingstrategien sind unerlässlich geworden, um die negativen Auswirkungen von Kunststoff auf die Umwelt zu reduzieren.“

Der Kunststoffrecyclingprozess umfasst typischerweise drei Hauptphasen: Sammlung, Sortierung und Wiederaufbereitung. Bei der Sammlung von Verbraucherabfällen müssen Einzelpersonen Wertstoffe in dafür vorgesehene Behälter werfen, die später von Recycling-Sammlern abgeholt werden. Anschließend erfolgt die Sortierung in Recyclinganlagen, wo die Arbeiter die gesammelten Kunststoffe ordnen, um die Nicht-Kunststoff-Materialien auszusieben und ähnliche Kunststoffe zur Wiederaufbereitung zusammenzufassen.

Sumerlins Team konzentrierte sich auf die Probleme, die häufig in der letzten Wiederaufbereitungsphase auftreten, wo die sortierten Kunststoffe typischerweise in kleinere Stücke zerlegt werden, bevor sie zusammengeschmolzen und zu neuen Produkten geformt werden. Dieser Ansatz führt oft zu minderwertigem recyceltem Kunststoff, da die Polymermoleküle, aus denen dieser Kunststoff besteht, in kürzere Segmente zerlegt werden.

Anstelle dieser branchenüblichen thermischen Wiederaufbereitung erforschte Sumerlins Team einen anderen Ansatz namens chemisches Recycling. Ihre experimentelle, aber vielversprechende Strategie induziert die Depolymerisation der Polymere, sodass sie vollständig in die viel kleineren Monomermoleküle zurückfallen, aus denen sie ursprünglich hergestellt wurden. Das resultierende Monomer kann dann zur Herstellung neuer Polymere mit ähnlichen oder besseren Eigenschaften als die Kunststoffe, aus denen sie abgeleitet sind, verwendet werden.

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Das Polymer, mit dem Sumerlins Team arbeitete, war Polymethylmethacrylat (PMMA), besser bekannt als Plexiglas. Foto von SValeriia über Adobe Stock.

Während sich dieser Ansatz bereits als industriell machbar erwiesen hat, entwickelte Sumerlins Doktorandenteam eine völlig neue Methode, die den Energiebedarf für die Depolymerisation drastisch senkt. Diese experimentelle Arbeit wurde von einem Forscherteam in Sumerlins Gruppe durchgeführt und von den Doktoranden JAMES YOUNG und RHYS HUGHES geleitet.

„Dies ermöglicht nicht nur das Recycling von Kunststoffen mit weniger Energie, sondern ermöglicht auch den Zugang zu Kunststoffen noch besserer Qualität“, sagte Sumerlin.

Referenz: Young JB, Hughes RW, Tamura AM, Bailey LS, Stewart KA, Sumerlin BS. Massendepolymerisation von Poly(methylmethacrylat) durch Kettenendinitiierung zur katalysatorfreien Umwandlung in Monomer. Chem. 2023;0(0). doi:10.1016/j.chempr.2023.07.004

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