Plastikmüll als Wertstoff: Wie Forscher Polystyrol mit Sonnenlicht in Wasserstoff verwandeln

Plastikmüll stellt weltweit ein zunehmendes Umweltproblem dar. Besonders Polystyrol (PS), ein in Verpackungen weit verbreiteter Kunststoff, ist schwer abbaubar und sammelt sich in der Umwelt an. Forscher des Korea Institute of Science and Technology (KIST) haben nun einen innovativen Ansatz entwickelt, um Plastikmüll in wertvollen Wertstoff zu verwandeln. Ihr Verfahren nutzt ein photoelektrochemisches (PEC) System, das Sonnenlicht als Energiequelle einsetzt und ohne hohe Temperaturen oder giftige Chemikalien auskommt.

Wie wird Plastikmüll zersetzt und in wertvollen Wertstoff verwandelt?

Das Herzstück der Methode ist eine poröse Wolframoxid (WO₃)-Photoanode. Dieses Material besitzt eine große Oberfläche und kann Licht absorbieren, um chemische Reaktionen anzutreiben. Da PS nicht wasserlöslich ist, lösten die Forscher es in organischen Lösungsmitteln wie Chloroform und Aceton. Anschließend wurde das gelöste PS mittels Tauchbeschichtung gleichmäßig auf die WO₃-Photoanode aufgetragen. Dadurch entstand eine enge Verbindung zwischen Kunststoff und Halbleitermaterial, die den anschließenden Abbau erleichtert.

Sobald Sonnenlicht auf die mit PS beschichtete Photoanode trifft, beginnt die eigentliche Reaktion. Das Wolframoxid absorbiert die Energie und erzeugt sogenannte photogenerierte Löcher, die auf das Polystyrol übertragen werden. Diese Löcher sind hochreaktive Teilchen, die Elektronen aus den Molekülen des Kunststoffs herausreißen und so den Abbauprozess einleiten.

Die poröse Struktur der Anode verbessert die Interaktion zwischen Elektrolyt und Kunststoff. So kann der Abbau effizienter und gleichmäßiger erfolgen. Dabei wird das Polystyrol schrittweise oxidiert und in verschiedene Produkte umgewandelt.

Wertvolle Nebenprodukte entstehen

Die an der Anode ablaufende Reaktion führt zur Oxidation des Polystyrols, wobei Kohlendioxid freigesetzt wird. Parallel dazu läuft an der Kathode eine weitere wichtige Reaktion ab: Hier wird Wasser reduziert und Wasserstoffgas produziert. Wasserstoff gilt als vielversprechender Energieträger der Zukunft und könnte als klimafreundlicher Ersatz für fossile Brennstoffe dienen.

Ein weiteres Produkt des Prozesses ist Benzylalkohol, ein wertvoller chemischer Grundstoff, der in der Pharma- und Kosmetikindustrie genutzt wird. Diese Nebenprodukte machen das Verfahren wirtschaftlich interessant und könnten zur nachhaltigen Nutzung von Plastikabfällen beitragen.

Noch viele Schritte zum Ziel nötig

Obwohl die Methode vielversprechend ist, gibt es noch Herausforderungen. Während der Reaktion kommt es zur Bildung von Sauerstoffblasen, die dazu führen, dass sich PS-Reste von der Anode ablösen. Die Forscher arbeiten daran, dieses Problem zu lösen und die Effizienz des Prozesses weiter zu steigern.

Langfristig könnte das Verfahren eine nachhaltige Alternative zur herkömmlichen Kunststoffentsorgung bieten und dazu beitragen, Plastikmüll sinnvoll als Ressource zu nutzen.

Kurz zusammengefasst:

• Plastikmüll als Wertstoff: Forscher des KIST haben ein photoelektrochemisches Verfahren entwickelt, das Polystyrol mit Sonnenlicht in verwertbare Stoffe zerlegt.
• Funktionsweise: Eine poröse Wolframoxid-Photoanode ermöglicht den Abbau von Polystyrol, wobei Kohlendioxid, Wasserstoff und Benzylalkohol entstehen.
• Nutzen und Herausforderungen: Das Verfahren bietet eine nachhaltige Verwertung von Plastikmüll, erfordert aber noch Optimierungen, um Ablösungen von PS-Resten zu verhindern.

Übrigens: Nicht nur Sonnenlicht kann Plastikmüll in Wertstoffe umwandeln – ein Team um den Nobelpreisträger David Baker hat mit KI ein Enzym entwickelt, das PET-Kunststoffe gezielt abbaut. Wie diese Entdeckung das Recycling revolutionieren könnte, fasst unser Artikel zusammen.

Bild: © Kritzolina via Wikimedia unter CC BY-SA 4.0