Was denkt ihr über euren Plastikmüll in der Küche? Bunt, dreckig und wertlos? Weit gefehlt. Das buchstäblich bunt gemischte Chaos stellt nicht erst seit gestern Grundlage fürs Recycling dar.
Doch Forscher aus Südkorea haben tief in die Trickkiste der Science-Fiction gegriffen, um Plastikmüll so schnell und gründlich wie nie zuvor in eine Ressource zu verwandeln: pure Rohmasse.
Hierbei kommt eine ultraheiße Fackel zum Einsatz, die auf Zutaten aus dem Inneren der Sonne setzt: Plasma aus Wasserstoff. Herauskommt ein Werkzeug, das wortwörtlich kurzen Prozess mit Plastik macht.
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Ultraheißer Plasmastrahl
Es ist die Königsklasse des Recyclings: Plastik einschmelzen und chemisch zu vereinheitlichen, um es wie neu zur Produktion zu nutzen.
Bisher kommt das bei unter einem Prozent des Plastiks vor. Ein großer Teil wird verbrannt, um Strom und Wärme zu gewinnen oder im besten Falle mechanisch recycelt – denkt an die Flaschenautomaten in Supermärkten.
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Mechanisches Recyclen heißt: ohne Veränderung der chemischen Struktur Plastik in neuer Form wiederzuverwenden. Der typische, auch bei uns in Deutschland übliche Ablauf sieht derart aus:
- Sammeln über Müll oder Stationen für Pfandflaschen
- Sortieren, teils per Hand nach Arten von Kunststoff sowie Farbe
- Waschen: Fremdsubstanzen werden entfernt
- Zerkleinerung durch Schreddern
- Einschmelzen und anschließende Herstellung von Granulat (kleine Kügelchen).
- Dieser Stoff dient dann als Masse, aus der Maschinen Kunststoff herstellen.
Aber: Mit jedem Durchgang tritt abseits des notwendigen Aufwands ein Qualitätsverlust ein, sodass bald nur noch sogenanntes Downcycling infrage kommt. Dahinter verstehen wir, wenn aus einem einst höherwertigen Produkt ein minderwertiges wird. Ein Beispiel wäre ein einstiger Haufen Lebensmittelverpackungen, mit ganz bestimmten, da gewollten und vorgeschriebenen Eigenschaften, den wir jetzt zu einem Stapel Blumentöpfe gießen.
Das klingt jetzt aber dennoch irgendwie auch nach Chemie. Das Bauchgefühl trügt aber, denn es kommt eben nicht auf das eingesetzte Material an, sondern auf die Summenformel des herauskommenden Stoffes. Bleibt diese unverändert, sprechen wir von mechanischem Recycling – nicht von einer Pyrolyse (zu Deutsch: Zersetzung durch Hitze)
Sobald aber nach dem Prozess eine kürzere Polymerkette herauskommt – zum Beispiel aus Polyethylen (–CH₂–CH₂–)ₙ wird Ethylen (C₂H₄) – bewegen wir uns im futuristischen und noch keinesfalls alltäglichen chemischen Recycling.
Die Plasma-Fackel zerschneidet nicht nur bildlich, sondern buchstäblich Moleküle – sie kappt Verbindungen und schreddert als Hightech-Hechsler auf einem molekularen Niveau.
Dabei wäre es ideal, Plastik komplett und möglichst flexibel umwandelbar wiederzugewinnen. Dem stehen aber hohe Kosten und die Notwendigkeit des Vorsortierens entgegen.
Ein reiner Ausgangsstoff braucht eine möglichst einheitliche Ausgangsmasse – in Südkorea entfällt dieser Zwang nun zumindest in einer Testanlage.
Weltweit ist es uns erstmals gelungen, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem sich gemischte Kunststoffabfälle wirtschaftlich in Rohstoffe umwandeln lassen.
Dr. Young-Hoon Song, Chef des Programmes
Die zwischen 1.000 und 2.000 Grad Celsius operierende Flamme aus purem Wasserstoffplasma brauche nur 0,01 Sekunden (eine Hundertstelsekunde), um einen bunt zusammengewürfelten Haufen Plastik zu verdampfen beziehungsweise zu verflüssigen.
Was herauskommt, kann im Zuge der nächsten Schritte des neuen Verfahrens aufgefangen, gereinigt und neuer Nutzung zugeführt werden.
Im weiteren Verlauf können nach Daten der Forscher mehr als 99 Prozent des Materials als hochreiner Ausgangsstoff in die Plastikherstellung einfließen. Die gasförmige/flüssige Masse bildet ein Gemisch aus Ethylen und Benzol – zwei Kohlenwasserstoffe.
So lang dauert eine Hundertstelsekunde (0,01 Sekunde), drei Beispiele:
- moderne Airbags brauchen vom Signal bis zur Auslösung etwa 15 Millisekunden, also 0,015 Sekunden. Manche sind aber auch schneller, bis zu 5 Millisekunden.
- Ein Flügelschlag einer Mücke nimmt ungefähr eine Hundertstelsekunde in Anspruch, mitunter noch schneller.
- 0,01 Sekunden stellen den typischen Abstandsbereich von Top-Fahrern in der Formel 1 dar - weshalb jetzt auch Geister zum Einsatz kommen. Das Ziel: cineastische Verdeutlichung des engen Wettbewerbs um schnellste Runden.
Ein Blinzeln nimmt unsere Augen bis zu 400 Millisekunden in Anspruch – also mitunter 40-mal so lange, wie die Plasmafackel braucht, um ihr Werk zu verrichten.
Bei der Entwicklung handelt es sich nach Angaben der Forscher um das weltweit erste Werkzeug, das auf Hochtemperatur-Plasma setzt, welches ausschließlich mit Wasserstoff befeuert wird.
Hinter der Hightech-Fackel stecken das »Center for Plasma Process for Organic Material Recycling« und das »Korea Research Institute of Chemical Technology«.
Herkömmliche Pyrolyse-Methoden arbeiten zwischen 450 und 600 Grad Celsius und hinterlassen eine Mixtur aus Hunderten Chemikalien, wovon nur höchstens ein Drittel weitergehenden Nutzen in sich trägt. Hieraus fertigen Fabriken die im Kasten oben erwähnten Granulat-Kügelchen.
Welch Probleme uns Plastik bereitet, erklärt zum einen humoristisch verpackt bei Die Anstalt oder beispielsweise auch der WWF.
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Wie funktioniert das?
- Ohne zu sehr in Physik und Chemie abzutauchen, lässt sich der Unterschied mit einem Wort zusammenfassen: Tempo.
- Die enorme Temperatur, konzentriert in einer extrem genau justier- sowie ausrichtbaren Plasmaflamme, bricht die Polymer-Strukturen des Plastiks rasch auseinander.
- Hierdurch unterdrückt die rasche Verdampfung/Verflüssigung die Bildung von Nebenprodukten.
Grüne Ressourceneffizienz als Methode
In Korea soll das Verfahren weiterentwickelt sowie möglichst bald national implementiert werden. Um den Weg hierfür zu ebnen, sollen bereits im kommenden Jahr Pilotprojekte die Langzeittauglichkeit des futuristischen Plastik-Recyclings beweisen:
Durch Demonstration und Kommerzialisierung wird dies dazu beitragen, sowohl Abfall- als auch Klimaprobleme gleichzeitig zu lösen.
Dr. Young-Hoon Song, Programmchef
Denn es gilt auch global betrachtet: Jedes Kilo Kunststoff, das mittels grünem Wasserstoff (erzeugt durch klimaneutral gewonnene elektrische Energie) erneut in die Produktionskette gelangt, ist ein Kilo weniger, das hergestellt werden muss.
So stellt die koreanische Plasma-Fackel vielleicht schon bald ein Puzzlestück für eine echte Kreislaufwirtschaft mit Kunststoffen dar.
Doch der ebenfalls in leitender Funktion beteiligte Forsche Dr. Dae Hoon Lee sieht darüber hinaus noch weitere Einsatzfelder:
Zusätzlich zur Prozesstechnologie wurden im Rahmen dieses Projekts auch mehrere wichtige Teiltechnologien entwickelt, die auf die Treibhausgasbehandlung in der Halbleiter- und Displayherstellung sowie auf die Produktion hochwertiger Materialien ausgeweitet werden könnten.
Letztendlich wirft die koreanische Kooperation von Staat und Forschungsanstalten also eventuell einen längeren Schatten als ohnehin.
Beispiele wie diese zeigen derweil, wie wichtig Zusammenarbeit über Unis, Institute und Hochschulen hinaus ist: Nur gemeinsam können wir die großen Müllprobleme lösen und die wuchtigen Mühlräder beeinflussen, die im Getriebe der Weltwirtschaft stecken.
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