Kunststoff-Kreislauf Per Pyrolyse zum hochwertigen Recycling von Polycarbonat

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Wer nach einem hochwertigen Kunststoff sucht, landet schnell bei Polycarbonat (PC), so das Fraunhofer-IKTS. Doch in puncto Recycling hat dieser technische Kunststoff seine Tücken. Da kommt die Pyrolyse ins Spiel ...

Polycarbonat wird per Polymerisation, genauer gesagt durch Polykondensation, aus Bisphenol A und Phosgen hergestellt. Es ist temperaturbeständig, schwer entflammbar, kratz- und abriebfest, schlagzäh, hat eine geringe Dichte und widersteht verdünnten Säuren. Außerdem punktet das Polymer durch seine hohe Transparenz, wenn es nicht mit Farbpigmenten oder Füllstoffen versehen ist. Diese Eigenschaften machen PC zu einem begehrten und vielseitig einsetzbaren Werkstoff in der Industrie. Deshalb suchen viele Hersteller nach Wegen, durch Recycling von Plastikmüll auch mit Blick auf PC wieder zurückzugewinnen. Doch herkömmliche Recyclingmethoden, wie das mechanische Recycling, liefern nur unzureichende Werkstoffqualitäten, die nicht mehr für die Herstellung hochwertiger Produkte geeignet sind. Und auch die hohe Schmelztemperatur erschwert das Recycling von PC. Das ist die Chance für die Pyrolyse.

PC bleibt durch Pyrolyse und chemisches Recycling im Kreislauf

Doch es gibt leistungsfähige Alternativen. Denn Forscher am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben mit dem Chemieunternehmen Covestro Deutschland ein Verfahren zum chemischen Recycling von Polycarbonaten durch katalytische Pyrolyse entwickelt. Bei der Pyrolyse werden die Werkstoffe unter Sauerstoffausschluss erhitzt, wobei sie in ihre chemischen Bestandteile zerfallen ohne zu verbrennen. Die Ausgangsbestandteile des Kunststoffs lassen sich damit zurückgewinnen. Im Rahmen des Projekts „PC2Chem“ wurde die katalytische Pyrolyse für Polycarbonat nun weiterentwickelt. Das Ziel war es, PC-haltige Kunststoffe so zu recyceln, dass hochwertige Moleküle wiedergewonnen und als Rohstoffe in den Produktionskreislauf der Industrie zurückgeführt werden können. Die Experten machen sich dabei den besonderen Aufbau der Polycarbonate zunutze, die aus einer Kombination miteinander verbundener Molekülgruppen, den Monomeren, bestehen. Werden die Polymere, also die aus den Monomeren bestehenden Langkettenmoleküle, in der Pyrolyse thermischer Belastung ausgesetzt, brechen die Bindungen an den Sollbruchstellen wieder zu den hochwertigen Einzelmolekülen auf.

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Polycarbonat wird im Drehrohrofen prozesssicher pyrolysiert

Das Fraunhofer-Team lässt die Pyrolyse von Polycarbonat dabei in einem Drehrohrofen ablaufen, der aufgrund seines robusten Aufbaus und seiner Größe auch größere Mengen verarbeiten kann, wie es dazu heißt. Die als Granulat von Covestro angelieferten PC-Abfälle werden in das rotierende Rohr eingeführt und darin unter Sauerstoffabschluss erhitzt. Als Produkt entsteht zunächst ein Pyrolysegas, aus dem in einer Kondensationsanlage eine ölige Flüssigkeit abgeschieden wird. Aus dieser gewinnt der Projektpartner Covestro in einem Aufarbeitungsprozess die unterschiedlichen werthaltigen Moleküle. Damit das Recycling im Drehrohrofen aber Produkte mit optimaler Zusammensetzung und Ausbeute liefert, musste das Forscher-Team im Labor einige Hürden meistern. Die Aufspaltung der Kunststoffe bei hoher Temperatur ist etwa ein hochkomplexer und empfindlicher Prozess. Die Herausforderung bestand deshalb darin, die Parameter für den Pyrolysevorgang exakt einzustellen. Das betrifft die Temperatur, die Aufheiz- und Verweilzeit, den Abkühlungsprozess, die Druckverhältnisse und auch die Zugabe von Zusatzstoffen. Erschwerend komme hinzu, dass die Kunststoffe mit Additiven versehen sind – darunter Farbstoffe, Aufheller, Flammschutzmittel sowie Substanzen, die Festigkeit oder Elastizität beeinflussen oder auch UV-Schutzmittel. All diese Zusatzstoffe machen die Behandlung im Drehrohrofen kompliziert, betonen die IKTS-Forscher.

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