Forscher verwandeln Plastikmüll in Treibstoff – bei erstaunlich niedriger Hitze

Plastikmüll landet oft in großen Mengen auf Deponien oder wird verbrannt. Der Bedarf an Treibstoffen bleibt hoch, Rohöl ist jedoch teuer und politisch sensibel. Ein neuer Ansatz aus den USA bringt beides zusammen: Gewöhnliches Alltagsplastik lässt sich unter bestimmten Bedingungen direkt in Treibstoff umwandeln. Für ein Industrieland wie Deutschland mit hohem Kunststoffverbrauch kann das besonders relevant werden.

Der Aufwand ist geringer als bei bisherigen Verfahren. Statt extremer Hitze reicht eine deutlich niedrigere Temperatur. Zudem entsteht ein hoher Anteil an benzinähnlichen Stoffen.

Salzschmelze wandelt Plastikmüll direkt in Treibstoff um

Die Arbeit stammt vom Oak Ridge National Laboratory, kurz ORNL, und erschien im Fachjournal Journal of the American Chemical Society. Ausgangspunkt ist Polyethylen. Dieser Kunststoff steckt in Verpackungen, Tüten oder Küchenutensilien. Im Labor wurde er in eine spezielle Salzschmelze gegeben, die Aluminiumchlorid enthält.

Diese Mischung dient als Reaktionsumgebung und bringt die chemische Umwandlung in Gang. Zusätzliche Stoffe, die sonst oft nötig sind, entfallen. „Anders als herkömmliche Verfahren zur Umwandlung von Kunststoffen in Kraftstoff brauchte der neue Prozess weder Edelmetall-Katalysatoren noch organische Lösungsmittel oder externen Wasserstoff“, erklärt Chemikerin Zhenzhen Yang.

Neue Methode senkt Temperatur und Aufwand spürbar

Die Temperaturen unterscheiden sich deutlich: Klassische Verfahren benötigen oft 450 bis 500 Grad Celsius. In diesem Fall bleibt die Temperatur jedoch unter 200 Grad – das entspricht etwa einem Backofen. Der Energieeinsatz fällt dadurch geringer aus.

Auch die „Ausbeute“ fällt beachtlich aus, denn rund 60 Prozent der Produkte entsprechen benzinähnlichen Stoffen. „Wir haben eine effiziente und selektive Umwandlung von Polyethylen zu Benzin entwickelt“, sagt Erstautorin Liqi Qiu. Damit entsteht aus einem weit verbreiteten Abfallmaterial ein direkt nutzbarer Energieträger.

Aluminium zerlegt Kunststoffketten in kleinere Bausteine

In der Salzschmelze entstehen chemische Reaktionsstellen. Aluminium übernimmt dabei eine wichtige Funktion: Es bindet sich an andere Atome und schafft eine Umgebung, in der lange Kunststoffketten aufbrechen.

Dabei entstehen kleinere Moleküle, die sich als Kraftstoffe eignen. Je nach Struktur fallen unterschiedliche Produkte an:

• einfach aufgebaute Ketten führen eher zu Benzin
• komplexere Strukturen ergeben eher dieselähnliche Stoffe

So entsteht kein zufälliges Gemisch, sondern eine klare Aufteilung in nutzbare Fraktionen.

Die Forscher haben die einzelnen Schritte verfolgt. Dafür nutzten sie mehrere Analyseverfahren – etwa Neutronenstreuung, Isotopenmarkierung und spektroskopische Methoden. Auf diese Weise ließ sich beobachten, wie sich Atome während der Reaktion verändern.

Die Messungen machen den Ablauf der Reaktion nachvollziehbar. Das erleichtert wiederum eine gezielte Steuerung der Umwandlung.

Verfahren kommt ohne teure Zusatzstoffe aus

Auffällig ist auch der geringe Materialeinsatz. Das Verfahren benötigt keine seltenen oder teuren Stoffe. Weder Edelmetalle noch zusätzliche Reaktionsstoffe sind notwendig. Die Reaktion startet von selbst in der Salzschmelze und braucht keinen zusätzlichen Auslöser.

„Das ORNL-System löst zwei grundlegende Probleme“, erklärt Sheng Dai, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. Der Prozess lasse sich zum einen einfacher auf größere Anlagen übertragen. Zum anderen brauche er keinen Initiator, um zu starten.

Für Unternehmen ergeben sich dadurch folgende Vorteile:

• geringere Materialkosten
• einfachere Technik
• Nutzung von weit verbreitetem Kunststoffabfall

Auch der Rohstoff ist leicht verfügbar. Polyethylen fällt in großen Mengen im Alltag an. Laut Qiu ist „das Ausgangsmaterial aus Polymeren aus Verbraucherabfällen reichlich verfügbar, und unser Katalysatorsystem ist sehr billig.“

Feuchtigkeit bleibt ein offener Punkt

Ganz ohne Einschränkungen funktioniert das Verfahren noch nicht, denn die Salzschmelze reagiert empfindlich auf Wasser. Sie nimmt Feuchtigkeit aus der Luft auf und verliert dabei an Stabilität.

Das Team arbeitet deshalb an Lösungen, um die Salze besser zu schützen oder in stabilere Systeme einzubinden. Erst dann lässt sich das Verfahren zuverlässig im größeren Maßstab betreiben.

Sollte sich das Verfahren im industriellen Einsatz bewähren, könnte ein Teil der Kunststoffabfälle künftig anders genutzt werden. Plastikmüll wird dann wieder zu Treibstoff für Transport und Industrie.

Kurz zusammengefasst:

• Kunststoff wie Polyethylen lässt sich mit einer Salzschmelze bei unter 200 °C in Kraftstoffe umwandeln, statt wie bisher bei 450–500 °C.
• Das Verfahren erreicht rund 60 Prozent benzinähnliche Produkte und kommt ohne Edelmetalle, Wasserstoff oder zusätzliche Chemikalien aus.
• Aluminium in der Salzschmelze spaltet die Kunststoffketten gezielt, wodurch aus Abfall nutzbare Benzin- und Dieselbestandteile entstehen.

Übrigens: Während Forscher Plastikmüll bereits in Treibstoff umwandeln, zeigt eine neue Untersuchung, dass Plastik im Meer ganz anders wirkt – er wird zum Lebensraum für dichte Mikroben-Gemeinschaften. Diese sogenannte Plastisphäre verändert ganze Nährstoffkreisläufe im Ozean. Mehr dazu in unserem Artikel.

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