Kohlenstoff her!

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.