Forscher verwandeln Plastikmüll mit Sonnenlicht in Essig
Ein Eisen-Katalysator wandelt Plastik unter Sonnenlicht in Essigsäure um – chemisch, im Labor und ohne zusätzliche CO₂-Emissionen.
Im Labor wird Plastik in einer Lösung aus Wasser mithilfe von Sonnenlicht und einem Eisen-Katalysator in Essigsäure umgewandelt – ohne zusätzlichen CO₂-Ausstoß und mit einem möglichen Nutzen für verschmutzte Gewässer. © Unsplash
Plastikmüll gehört zu den größten Umweltproblemen unserer Zeit. Jährlich gelangen Millionen Tonnen in Böden, Flüsse und Meere. Ein Teil zerfällt zu Mikroplastik und ist inzwischen sogar in Lebensmitteln und Trinkwasser zu finden. Die Frage, wie sich Kunststoff sinnvoll verwerten lässt, treibt Politik, Industrie und Wissenschaft gleichermaßen um. Nun zeigt eine Studie, dass sich Plastik mit Sonnenlicht recyceln lässt – und zwar zu einem Stoff, der weltweit gebraucht wird: Essigsäure.
Hinter dem Ansatz steht ein Forschungsteam der University of Waterloo in Kanada. Im Kern geht es um eine neue Form der Photokatalyse, also um chemische Reaktionen, die durch Licht angetrieben werden. Statt Plastik nur zu verbrennen oder mechanisch zu zerkleinern, zerlegt das Verfahren die Moleküle gezielt und baut sie zu einem neuen Produkt auf.
Wie aus Plastik unter Licht Essig entsteht
Das Herzstück des Systems ist ein spezieller Eisen-Katalysator. Einzelne Eisenatome sitzen in einer Struktur aus Kohlenstoffnitrid. Trifft Sonnenlicht auf dieses Material, laufen mehrere Reaktionsschritte nacheinander ab. Zunächst entstehen hochreaktive Hydroxyl-Radikale. Diese greifen die langen Kunststoffketten an und zerlegen sie in kleinere Bestandteile. Dabei entstehen unter anderem CO₂-Zwischenprodukte.
Im nächsten Schritt nutzt derselbe Katalysator diese Zwischenprodukte und wandelt sie weiter um – am Ende steht Essigsäure (chemisch: CH₃COOH). Das Besondere: Beide Schritte erfolgen im selben System. Der Prozess läuft bei Umgebungstemperatur und in Wasser ab. Externe fossile Energie ist nicht nötig.
„Unser Ziel war es, die Plastikverschmutzung zu lösen, indem wir Mikroplastik mithilfe von Sonnenlicht in hochwertige Produkte umwandeln“, sagt Projektleiter Yimin Wu. Und weiter: „Diese Methode erlaubt es, reichlich vorhandene und kostenlose Sonnenenergie zu nutzen, um Plastikverschmutzung abzubauen, ohne zusätzliches Kohlendioxid in die Atmosphäre einzubringen.“
Bis zu 63,8 Milligramm Essig pro Stunde – sogar Mischplastik klappt
Die Wissenschaftler testeten das Verfahren mit gängigen Kunststoffen, die im Alltag weit verbreitet sind. Unter standardisiertem Sonnenlicht (AM1.5G) erreichten sie folgende Ausbeuten pro Stunde und Gramm Katalysator:
- 63,8 Milligramm Essigsäure aus PVC
- 12,7 Milligramm aus Polyethylen (PE)
- 5,4 Milligramm aus PET
- 5,3 Milligramm aus Polypropylen (PP)
Auch bei echtem Sonnenlicht – das nur etwa 60 Prozent der Laborstärke hatte – produzierte das System aus PET mit 5,6 Milligramm pro Stunde nahezu gleich viel Essigsäure.
Bemerkenswert ist auch, dass das Verfahren mit gemischten Kunststoffströmen funktioniert. In der Praxis fallen Abfälle selten sortenrein an. Das erhöht die Chancen für eine spätere Anwendung.
Warum Essigsäure wirtschaftlich interessant ist
Essigsäure ist kein Nischenprodukt. Sie wird in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel eingesetzt, dient als Ausgangsstoff für Kunststoffe und Lösungsmittel und spielt auch in Energiesystemen eine Rolle. Weltweit liegt die jährliche Produktionsmenge bei mehreren Millionen Tonnen.
Das bedeutet: Aus einem Umweltproblem könnte ein marktfähiger Rohstoff entstehen. Neben der chemischen Analyse untersuchte das Team auch die wirtschaftliche Perspektive. Eine begleitende techno-ökonomische Bewertung kommt zu einem positiven Ergebnis. „Sowohl aus geschäftlicher als auch aus gesellschaftlicher Sicht erscheinen die finanziellen und wirtschaftlichen Vorteile dieser Innovation vielversprechend“, sagt Mit-Autor Roy Brouwer vom Water Institute.
Umweltrelevant: Mikroplastik wird im Wasser chemisch zerlegt
Der Prozess läuft direkt in Wasser ab. Damit unterscheidet er sich von vielen Recyclingverfahren, die auf Trocknung oder Verbrennung setzen. Mikroplastik wird nicht nur herausgefiltert, sondern chemisch aufgespalten. Das Verfahren greift die Kunststoffketten auf molekularer Ebene an.
Als Vorbild diente die Natur. Bestimmte Pilze bauen organisches Material schrittweise mit Enzymen ab. Dieses Kaskadenprinzip übertrugen die Entwickler auf ihr künstliches System. Die einzelnen Reaktionsschritte belegten sie mit In-situ-Mikroskopie, Spektroskopie und theoretischen Berechnungen.
Der aktuelle Stand bleibt experimentell. Für eine industrielle Anwendung müssten Reaktoren vergrößert und Materialien weiter angepasst werden.
Kurz zusammengefasst:
- Forscher der University of Waterloo wandeln Plastikmüll im Labor mithilfe von Sonnenlicht in Essigsäure um – einen weltweit genutzten Grundstoff für Lebensmittel-, Chemie- und Energieindustrie.
- Ein Eisen-Katalysator zerlegt Kunststoffe wie PVC, PE, PET und PP schrittweise; aus PVC entstehen dabei bis zu 63,8 Milligramm Essigsäure pro Stunde und Gramm Katalysator – ohne zusätzliche CO₂-Emissionen.
- Das Verfahren funktioniert auch bei gemischten Abfällen und in Wasser, bleibt jedoch bislang auf Labormaßstab beschränkt und muss für eine industrielle Nutzung weiterentwickelt werden.
Übrigens: Während Forscher Plastik mit Sonnenlicht in Essig verwandeln, druckt ein Team am MIT aus alten Flaschen tragende Bauteile für Häuser – belastbar bis 1,8 Tonnen und in wenigen Minuten gefertigt. Wie aus Müll ein neuer Baustoff wird und warum das den Wohnungsbau verändern könnte, mehr dazu in unserem Artikel.
Bild: © Unsplash
