PVC-Recycling: Aus Problemkunststoff wird Premium-Schmieröl

PVC ist beinahe überall – in Rohren, Fensterrahmen, Bodenbelägen und Plastikkarten. Doch sobald diese Dinge ausgedient haben, wird aus dem nützlichen Material ein chemischer Problemfall: Chlor und zahlreiche Zusatzstoffe machen das Recycling schwierig. Forscher aus den Vereinigten Staaten haben nun einen ungewöhnlichen Ausweg gefunden. Sie zerlegen alte PVC-Produkte so, dass am Ende kein neuer Kunststoff entsteht, sondern ein hochwertiges Grundöl für Motoren, Maschinen und Turbinen.

Entwickelt wurde das Verfahren von Chemikern und Chemieingenieuren der Virginia Tech in den USA. Das Team um Guoliang „Greg“ Liu beschreibt das Verfahren im Fachjournal Nature. Die Wissenschaftler entfernen zunächst das Chlor aus dem Polyvinylchlorid (PVC). Anschließend zerlegen sie die langen Kunststoffketten in kürzere Moleküle. Das Ergebnis ähnelt Polyalphaolefinen, die unter anderem in leistungsfähigen Motor- und Maschinenölen stecken.

PVC-Recycling scheiterte bislang oft an Chlor und Zusatzstoffen

PVC gehört zu den Kunststoffen, die Recyclingbetrieben besonders große Schwierigkeiten bereiten. Schon die chemische Grundstruktur enthält viel Chlor. Hinzu kommen Weichmacher, Stabilisatoren, Farbstoffe und weitere Zusätze. Ihre Zusammensetzung unterscheidet sich je nach Hersteller und Produkt. Alte Rohre enthalten daher andere Stoffe als Bodenbeläge, Fensterprofile oder Kunststoffkarten.

Bei hohen Temperaturen kann PVC zudem aggressive oder gesundheitsschädliche Verbindungen freisetzen. Viele herkömmliche Verfahren eignen sich deshalb nur eingeschränkt. Große Mengen landen auf Deponien oder werden verbrannt. Liu und sein Team suchten nach einer Möglichkeit, den Kunststoff nicht nur zu entsorgen, sondern seinen Kohlenstoff für ein neues, hochwertiges Produkt zu nutzen.

Forscher lösen das Chlor gezielt heraus

Für ihr Verfahren geben die Wissenschaftler zerkleinertes PVC in ein Lösungsmittel. Danach fügen sie Aluminiumtrichlorid und sogenannte Alpha-Olefine hinzu. Das Gemisch wird drei Stunden lang auf etwa 70 Grad Celsius erhitzt. Während dieser Reaktion verschwinden die Chloratome aus den Kunststoffketten. Andere Molekülgruppen nehmen ihre Plätze ein.

Anfangs wollten die Forscher aus PVC einen neuen festen Kunststoff herstellen. Die Versuche lieferten jedoch immer wieder ein weiches und klebriges Material. Für die ursprünglich geplante Anwendung taugte es nicht. Liu entschied deshalb, die Polymerketten noch weiter zu verkürzen. Aus dem vermeintlichen Fehlschlag entstand schließlich eine ölige Flüssigkeit mit Eigenschaften eines synthetischen Schmierstoffs.

„Eines Tages wurde mir klar: Wenn dieses Polymer so klebrig und weich ist, warum zerlege ich die Polymerketten nicht einfach weiter in kleinere Abschnitte?“, erzählt Liu. Die Forscher veränderten daraufhin Reaktionsdauer, Temperatur und Zusammensetzung. Am Ende konnten sie die Konsistenz und die chemischen Eigenschaften des Öls gezielt steuern.

Tests bescheinigen dem Öl hohe Leistung

Proben des neu gewonnenen Öls gingen an Ali Erdemir und sein Team von der Texas A&M University. Dort untersuchten Wissenschaftler, wie gut das Material Reibung und Verschleiß verringert. Die Ergebnisse fielen nach Angaben der Virginia Tech konkurrenzfähig zu kommerziellen Schmierstoffprodukten aus. Berechnungen von Forschern am California Institute of Technology ergänzten die praktischen Versuche.

„Erstens haben wir bewiesen, dass sich aus Kunststoffabfällen leistungsfähige Schmierstoffe herstellen lassen“, sagt Liu. „Zweitens sind diese Schmierstoffe umweltfreundlich und können den wachsenden Wunsch des Marktes nach nachhaltigeren Produkten erfüllen.“ Ob die gesamte Herstellung tatsächlich eine bessere Umweltbilanz besitzt, hängt allerdings von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören das verwendete Lösungsmittel, der Energieverbrauch und die Rückgewinnung der eingesetzten Chemikalien.

Schmierstoffe arbeiten meist außerhalb der öffentlichen Wahrnehmung. Dennoch laufen Motoren, Getriebe, Turbinen und industrielle Maschinen kaum ohne sie. Sie trennen bewegliche Metallflächen voneinander, führen Wärme ab und schützen Bauteile vor Verschleiß. Hochwertige synthetische Grundöle bleiben auch bei großen Temperaturunterschieden stabil und müssen hohen mechanischen Belastungen standhalten.

Produktion im großen Maßstab noch offen

Das Verfahren löst aber nicht automatisch alle Probleme des PVC-Recyclings. Die bisherigen Versuche fanden unter kontrollierten Bedingungen statt. Abfälle aus Haushalten oder von Baustellen können verschmutzt sein und zahlreiche unbekannte Zusatzstoffe enthalten. Vor einer kommerziellen Nutzung müssen die Wissenschaftler deshalb prüfen, wie robust die Reaktion bei solchen Mischungen bleibt.

Das Team arbeitet nun daran, den Verbrauch von Chemikalien zu senken und die Herstellung leichter zugänglich zu machen. Liu möchte das Öl später in größeren Mengen produzieren. „Schmierstoffe sind die stillen Helden da draußen“, sagt er. „Wir nehmen sie oft nicht wahr, aber sie verrichten überall unbemerkt ihre Arbeit.“

Kurz zusammengefasst:

PVC zählt wegen seines Chlorgehalts und zahlreicher Zusatzstoffe zu den Kunststoffen, die sich besonders schwer recyceln lassen.
Forscher der Virginia Tech entfernen das Chlor, verkürzen die Kunststoffketten und gewinnen daraus ein hochwertiges Grundöl für Schmierstoffe.
Das Verfahren könnte PVC-Abfälle sinnvoll verwerten, muss seine Wirtschaftlichkeit und Umweltbilanz im industriellen Maßstab aber noch beweisen.

Übrigens: Während Forscher PVC in hochwertiges Schmieröl verwandeln, soll anderer Plastikmüll mit Sonnenlicht sogar Wasserstoff und weitere Brennstoffe liefern. Wie aus Abfall ein Rohstoff für saubere Energie werden könnte, mehr dazu in unserem Artikel.