Hochrechnungen zufolge liegt die globale Produktion an Kunststoffen jedes Jahr bei über 400 Millionen Tonnen. Etwa ein Drittel des Kunststoffs fällt bereits kurze Zeit nach seiner Nutzung in Form von Kunststoffabfällen an. In der EU und auch in Deutschland gibt es noch immer viel zu viel Abfall aus Plastik. Deutschland und die EU setzen deshalb auf die Reduktion von Einwegplastik, eine nachhaltige Kreislaufführung und das Recycling von Kunststoffabfällen. Bisher werden weniger als zehn Prozent aller Kunststoffe recycelt.

Ansprechpartner

Dr. Jochen Brellochs
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Beim Recycling gibt es unterschiedliche Verfahren: Die energetische Verwertung in Kraftwerken, die als Linearnutzung bis zu drei Tonnen CO2 je verbrannter Tonne Plastikabfall emittiert, die werkstoffliche Verwertung von überwiegend sortenreinen Kunststoffabfällen und das rohstoffliche Recycling von schwierig aufzubereitenden Kunststoffabfallmischfraktionen. Beim werkstofflichen Recycling bleiben die Kunststoff-Makromoleküle erhalten. Bei der rohstofflichen Kreislaufführung werden die Makromoleküle in ihre chemischen Grundbausteine, Öle oder Gase überführt. Im Bereich der rohstofflichen Verwertung für Kunststoffabfallmischfraktionen verfolgt das ZSW zwei innovative Ansätze: Die Hochtemperatur-Pyrolyse zur Erzeugung von türkisem Wasserstoff und die hydrierende Vergasung mit Elektrolyse-Wasserstoff zur Erzeugung von Methan, Kohlenwasserstoffen und Synthesegasen.

Türkiser Wasserstoff

// Türkiser Wasserstoff

In der Nationalen Wasserstoff-Strategie ist im Zuge des Markthochlaufs von Wasserstoff-Technologien für eine Übergangsphase auch die Erzeugung und Nutzung von türkisen Wasserstoff verankert. Dabei wird beispielsweise Erdgas thermisch in Wasserstoff und elementaren Kohlenstoff zersetzt. So wird bei der Wasserstoff-Erzeugung kein CO2 freigesetzt. Anstatt Erdgas könnten aber im Sinne einer rohstofflichen Verwertung auch Kunststoffabfälle eingesetzt werden, die bislang thermisch verbrannt oder im Ausland entsorgt werden.

Auch hier entwickelt das ZSW neue Prozesse, um insbesondere für schwer aufzubereitende Kunststoffabfallmischfraktionen sinnvolle Verwertungspfade zu finden. Mit Hilfe eines Hochtemperatur-Pyrolyseprozesses könnte eine weitgehend stromunabhängige Konversionstechnologie für die Erzeugung von türkisem Wasserstoff oder wasserstoffreichen Synthesegasen genutzt werden. Bei der Herstellung von Wasserstoff fällt zusätzlich Kohlenstoff als Wertstoff an. Die Technologie eignet sich auch zur Erzeugung von Synthesegasen, um beispielsweise ein rohstoffliches Kunststoffabfall-Recycling zu ermöglichen.

Hydrierende Vergasung

// Hydrierende Vergasung

Aufwand und Nutzen bei der konventionellen O2/H2O-Vergasung und hydrierenden H2-Vergasung in Kombination mit der Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Elektrolyse zur Erzeugung von Erdgassubsitut. (Grafik: ZSW)

Schwer aufzubereitende, unsortierte Kunststoffabfälle können bei der hydrierenden Vergasung mit Wasserstoff zur Erzeugung von Methan, Kohlenwasserstoffen und wasserstoffreichen Synthesegasen rohstofflich verwertet werden. Wird grüner Wasserstoff, z.B. aus der Wasserelektrolyse, eingesetzt kann somit eine Speicherung von erneuerbarem Strom erfolgen. Das ZSW fokussiert sich hier auf die hydrierende Vergasung im Wirbelschichtprozess. Dabei soll in einer hydrierenden Wirbelschichtvergasung mit H2 möglichst viel Kohlenstoff aus dem Kunststoffabfall für die Erzeugung von beispielsweise Erdgassubstitut (Substitute Natural Gas; SNG) oder Synthesegas genutzt werden. So erzeugtes Methan (CH4, Erdgassubstitut) ist aufgrund der heute bestehenden Erdgasinfrastruktur speicherbar, verteilbar und flexibel einsetzbar. Synthesegase eignen sich für die erneute Kunststoffproduktion im Sinne einer Kreislaufwirtschaft.

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