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3 Sprechblasen mit einem Recyclesymbol, einer Pflanze und der Aufschrift CO2 neutral, vor grünem Hintergrund.
09.08.2022

Kohlenstoff her!

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Auf technische Kunststoffe kann die Menschheit nicht verzichten. Entfällt jedoch die Förderung fossiler Rohstoffe, werden alternative Kohlenstoffquellen benötigt. Im Labor funktioniert bereits vieles, doch industrielle Lösungen stehen meist noch aus.

Eine Welt ohne Erdgas und Erdöl. Was dem Klima guttäte, würde aber auch bedeuten: Die Menschheit muss den Kohlenstoff, der allen organischen Verbindungen zugrunde liegt, auf anderem Weg gewinnen – oder vollständig auf Kunststoffe verzichten. Doch bei tech­nischen Kunststoffen, die rund zehn Prozent der jährlichen weltweiten Kunststoffproduktion ausmachen, ist ein Ersatz durch andere Werkstoffe oft unmöglich. Dichtungen zum Beispiel, die in elektrischen Hausgeräten genauso zum Einsatz kommen wie in Windkraftanlagen, bestehen aus auf den jeweiligen Einsatzzweck exakt abgestimmten Werkstoffen und sorgen so für eine lange Lebensdauer der Maschinen. Kunststoffbauteile vermindern zudem das Gewicht moderner Fahrzeuge wesentlich – und damit den Energieverbrauch.

Im Kreislauf

Was also tun, wenn eines Tages Erdgas und Erdöl nicht mehr als Kohlenstoffquellen zur Verfügung stehen? „Prinzipiell gibt es drei alternative Wege“, erläutert Dr. Ruth Bieringer, leitende Werkstoffforscherin bei Freudenberg Sealing Technologies. „Ein Weg besteht darin, Rezyklat für die Herstellung neuer Kunststoffe zu verwenden.“ Rezyklat ist gereinigtes und zerkleinertes Altmaterial. „Außerdem kann der Kohlenstoff aber auch aus Biomasse oder aus Kohlendioxid gewonnen werden.“ Am weitesten entwickelt sind Methoden zum Kunststoffrecycling – beispielsweise in der Verwertung von PET (Polyethylenterephthalat). Aus ausrangierten Plastikflaschen werden so Fasern für Laufschuhe gewonnen. Auch können Produktionsreste bestimmter Thermoplaste dem Herstellprozess wieder zugeführt werden, was Freudenberg beispielsweise bei Polyetherketon (PEEK) heute bereits praktiziert. Doch in vielen Fällen steht das klassische Recycling – Einsammeln, Zerkleinern, Einschmelzen – vor harten Grenzen, schon weil Kunststoffe oft nicht sortenrein gesammelt werden. Außerdem verkürzen sich lange Kohlenstoffmoleküle schon während des Gebrauchs, etwa durch einstrahlendes UV-Licht, sowie durch die Aufbereitung. Bei Elastomeren sind die Kohlenstoffketten zusätzlich über molekulare Brücken miteinander vernetzt – ein Prozess, der nicht reversibel ist. „Wir müssten chemisch abbauen und nicht die kompletten Kohlenstoffverbindungen, sondern einzelne Bestandteile rezyklieren“, erläutert Bieringer. An diesem sogenannten chemischen Recycling wird derzeit intensiv geforscht. Doch bis ein Daniel-Düsentrieb-Automat entsteht, in dem oben das Altmaterial eingeworfen wird und unten einzelne molekulare Bausteine herauskommen, dürfte noch einige Zeit ins Land gehen.

Nachgewachsen

Biogene Kunststoffe, die nicht auf Nahrungsmitteln, sondern auf Pflanzenresten basieren, könnten auf nachhaltigem Weg für Kohlenstoffnachschub sorgen. Das Mengengerüst ist dabei nicht das Problem: Aktuell produziert die Menschheit rund 400 Millionen Tonnen Kunststoffe pro Jahr, während die nachwachsende weltweite Menge an Biomasse mehr als tausendmal so groß ist – und das bereits ohne Wasseranteil gerechnet. Ein Problem dabei stellt teilweise die Form der natürlichen Kohlenstoffverbindungen dar. So enthält Holz beispielsweise 20 bis 30 Prozent Lignin, das bei der Papierherstellung als Reststoff verbleibt. „Biochemische Prozesse könnten uns dabei helfen, daraus hochwertige Grundstoffe herzustellen“, sagt Bieringer mit Blick auf ein Feld, in dem ebenfalls intensiv geforscht wird. Analog gilt das für die Zucht von Algen, die nicht nur als Biomasse direkt Verwendung finden könnten, sondern über einen modifizierten Stoffwechsel auch selbst organische Verbindungen ausscheiden.

Abgeschieden

Einen dritten Pfad stellt die Abscheidung von Kohlendioxid aus technischen Prozessen oder aus der Luft dar. So entsteht beispielsweise in der Zementproduktion für jedes Kalkmolekül durch die chemische Reaktion ein Kohlendioxidmolekül. Der Nachteil: Sowohl die Abscheidung als auch das Aufschließen des sehr stabilen CO2-Moleküls sind energieintensiv. Neue Katalysatormaterialien, ebenfalls Forschungsgegenstand, könnten den Energiebedarf verringern und damit das Recycling des Treibhausgases vereinfachen.

Auf welchem Weg sich Kunststoffe künftig ohne fossile Rohstoffe realisieren lassen, ist für Bieringer noch nicht ausgemacht. „Im Labor kann die Menschheit schon vieles, aber industriell nutzbare Lösungen gibt es bislang kaum.“ Diese zu entwickeln sei Aufgabe der chemischen Industrie. Bieringer versichert jedoch: „Als Anwender stehen wir bereit, um gemeinsam mit Lieferanten und Kunden neue Wege zu testen.“


Dieser Beitrag stammt aus unserem Unternehmensmagazin „ESSENTIAL“, in dem wir kontinuierlich über Trends und Schwerpunktthemen aus unseren Zielindustrien und -märkten berichten. Weitere Beiträge des Magazins finden Sie hier.

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