Nach Angaben der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) hat sich der weltweite Kunststoffabfall zwischen 2000 und 2019 auf 353 Millionen Tonnen mehr als verdoppelt. Im Jahr 2019 wurden jedoch nur 9 % recycelt, während 19 % verbrannt, 50 % deponiert und 22 % in die Umwelt gelangten.
Modellierungen der OECD deuten darauf hin, dass sich der weltweite Plastikverbrauch bis 2060 auf 1.231 Millionen Tonnen fast verdreifachen könnte, wenn wir so weitermachen wie bisher. In dem Bericht " Global Plastics Outlook: Policy Scenarios to 2060 " heißt es: "Die Verschmutzung durch Plastik ist eine der großen Umweltherausforderungen des 21. Jahrhunderts, die weitreichende Schäden an Ökosystemen und der menschlichen Gesundheit verursacht, während die Herkunft der meisten produzierten Kunststoffe aus fossilen Brennstoffen Auswirkungen auf den Klimawandel hat."
Das Ausmaß des Problems ist so groß, dass sich die Mitglieder der Vereinten Nationen darauf geeinigt haben, bis 2024 ein rechtsverbindliches globales Abkommen zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung zu entwickeln.
Herausforderung oder Chance?
Es liegt auf der Hand, dass wir Lösungen finden müssen, die den Plastikmüll und die Mengen, die aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Umwelt deponiert, verbrannt und falsch entsorgt werden, reduzieren. Gleichzeitig besteht auch die Notwendigkeit, unseren Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren, die Emissionen und die daraus resultierende globale Erwärmung zu reduzieren.
Anstatt Kunststoffabfälle also als globale Herausforderung zu betrachten, könnten sie innovative kommerzielle Möglichkeiten bieten? Und gibt es eine Möglichkeit, unsere Abfälle in etwas von wirtschaftlichem und ökologischem Wert zu verwandeln? Das sind die Fragen, die Innovatoren und Wissenschaftler auf der ganzen Welt aktiv zu beantworten versuchen.
Plastic-to-Hydrogen-Technologie
Ein spannendes Innovationsfeld ist die Herstellung von Wasserstoff aus Kunststoffabfällen, die derzeit nicht recycelbar sind. Dies kann durch fortschrittliche thermochemische Verfahren wie Vergasung und Pyrolyse erfolgen.
Vereinfacht ausgedrückt werden bei diesen Prozessen hohe Temperaturen verwendet, um die chemische Struktur der Kunststoffe in Grundchemikalien zu zerlegen, wodurch Wasserstoff sowie andere Chemikalien und Kraftstoffe - z. B. flüssige Kraftstoffe ähnlich wie Diesel[MK3] [AL4] - zu extrahieren. Die Ergebnisse dieser thermochemischen Prozesse hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. den Inputs, der Temperatur, der spezifischen Technologie und den verwendeten Prozessen sowie dem Gesamtdesign der Anlage.
Dies ist ein Bereich, der noch in den Kinderschuhen steckt, aber es gibt bereits Pläne, diese Lösungen zu kommerzialisieren. In Großbritannien beispielsweise entwickelt die Powerhouse Energy Group am Standort Protos in der Nähe von Chester eine großflächige Anlage zur Umwandlung von Wasserstoff aus Kunststoffabfällen auf der Grundlage ihrer DMG-Technologie (Distributed Modular Generation). Nach Angaben des Unternehmens ist der erzeugte Wasserstoff zu 99,999 % rein und kann sowohl in allen Brennstoffzellentechnologien als auch für direkte Heiz- oder Industriezwecke verwendet werden. Powerhouse hat auch Vereinbarungen für Projekte in Polen und Irland unterzeichnet.
In Japan untersuchen Iwatani, Toyota Tsusho und JGC Holdings die kohlenstoffarme Wasserstoffproduktion mithilfe von Vergasungsanlagen für Kunststoffabfälle im Hafengebiet von Nagoya, mit dem Ziel, nach Möglichkeit bis Mitte der 2020er Jahre mit der Wasserstoffproduktion zu beginnen. Sie erklärten, dass die Verwendung von Kunststoffabfällen eine "stabile und kostengünstige Versorgung mit Wasserstoff ermöglichen würde, um uns einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft näher zu bringen".
Es ist zu beachten, dass thermochemische Prozesse sich vom mechanischen Recycling, der traditionellen Methode des Kunststoffrecyclings, unterscheiden und als komplementär angesehen werden. Mechanisches Recycling verändert die chemische Struktur des Materials nicht wesentlich und erfordert ein Einzelpolymer-Ausgangsmaterial, das gewaschen, granuliert und erneut extrudiert wird, um Pellets für Formanwendungen vorzubereiten.
Laufende Forschung
Das Interesse am Potenzial von Wasserstoff aus Kunststoffabfällen bedeutet, dass die Forschung und Entwicklung von Lösungen fortgesetzt wird. Beispiele hierfür sind:
- Arbeiten von Forschern der Universität Cambridge in Großbritannien, die sich mit der Photoreformierung von Polymeren befasst haben – bei der Kunststoff mit Chemikalien gemischt und Sonnenlicht ausgesetzt wird, um Wasserstoff zu erzeugen.
- Wissenschaftler der Universitäten Oxford und Cardiff in Großbritannien arbeiten mit CarbonMeta Research zusammen, um die an der Universität Oxford entwickelte Mikrowellenkatalysetechnologie zu kommerzialisieren, bei der Kunststoffabfälle mit einem Eisenpulverkatalysator gemischt werden, um Wasserstoff zu erzeugen.
- In den USA nutzt ein Team von Universitäts- und Armeeforschern die Plasmatechnologie, die mit Wind und Sonne betrieben werden könnte, um Plastikmüll in seine chemischen Bestandteile zu zerlegen.
Vorteile und Anwendungen
Die Verwendung modularer Systeme, die für Kunststoff-zu-Wasserstoff-Anlagen vorgeschlagen werden, bedeutet, dass sie in kleinem Maßstab eingesetzt werden können, lokale Kunststoffabfälle aufnehmen und den lokalen Kraftstoffbedarf erfüllen – oder je nach Bedarf skaliert werden können.
Wasserstoff gilt als Kraftstoff der Zukunft – einer, der uns helfen kann, zu dekarbonisieren, die Energiesicherheit zu stärken und die Luftqualität zu verbessern. Es besteht die Erkenntnis, dass wir die Technologien ausbauen und die Kosten senken müssen, damit Wasserstoff in mehr Sektoren breit eingesetzt werden kann.
Es kann in Strom und Methan umgewandelt werden, um Haushalte mit Strom zu versorgen und die Industrie zu versorgen, sowie in Kraftstoffe für Autos, Lastwagen, Schiffe und Flugzeuge. Die Internationale Energieagentur (IEA) erklärt: "Es ist leicht, speicherbar, energiedicht und erzeugt keine direkten Emissionen von Schadstoffen oder Treibhausgasen. Damit Wasserstoff jedoch einen signifikanten Beitrag zur Energiewende leisten kann, muss er in Sektoren eingesetzt werden, in denen er fast vollständig fehlt, wie z. B. Verkehr, Gebäude und Stromerzeugung."
Im Verkehrssektor, einem Sektor, der aktiv versucht, sich durch den verstärkten Einsatz von Technologie, verbesserter Effizienz und kohlenstoffarmen Kraftstoffen zu dekarbonisieren, hat Wasserstoff das Potenzial, die Emissionen in Schwerlastanwendungen wie Fernverkehrs-Lkw, Zügen und Schiffen erheblich zu reduzieren.
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Implikationen für die Abfall- und Recyclingwirtschaft
Die Entwicklung der Kunststoff-zu-Wasserstoff-Technologie wird Abfälle von der Deponie und Verbrennung fernhalten und den Rohstoff für einen sauberen Kraftstoff liefern, nach dem die Nachfrage steigt. Nach Angaben der IEA erreichte der weltweite Wasserstoffbedarf im Jahr 2021 94 Millionen Tonnen und soll bis 2030 bei 115 Millionen Tonnen liegen. Um Netto-Null zu erreichen, prognostiziert die IEA bis 2050 einen Wasserstoffbedarf von 530 Millionen Tonnen.
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Schlussfolgerung
Wasserstoff gilt als Schlüsselkomponente beim Übergang zu sauberer Energie. Die Herstellung von Wasserstoff aus bisher als nicht recycelbar geltenden Abfällen ist daher sowohl für den Abfall- als auch für den Energiesektor eine spannende Perspektive.
Stellen Sie sich eine Welt vor, in der es keinen nicht recycelbaren Plastikmüll mehr gibt. Stattdessen ist dieser "Abfall" einfach ein Rohstoff für die Herstellung von sauberem Kraftstoff für unsere Fahrzeuge oder Häuser. Wir stehen erst am Anfang der Reise von Kunststoffabfällen zu Wasserstoff – aber der Weg, der vor uns liegt, verspricht eine sauberere und nachhaltigere Zukunft.
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