Kunststoffe sind Polymere aus verschiedenen Bausteinen, sogenannten Monomeren. Plastikflaschen und Co bestehen beispielsweise aus langen Ketten von Polyethylenterephthalat (PET). Diese sortenreinen Abfälle lassen sich leicht einsammeln, von anderem Plastikmüll trennen und über Enzyme wieder in ihre Monomere zerlegen. Diese können dann für neue PET-Gegenstände wiederverwertet werden. Diese Art des Recyclings ist effizient und umweltfreundlich, da dafür keine scharfen Chemikalien oder extremen Reaktionsbedingungen nötig sind.
Dieses Recycling funktioniert jedoch nicht für andere Polyester wie Polybutylenterephthalat (PBT) und Polytrimethylenterephthalat (PTT), die häufig für Plastikbauteile und Gehäuse von Haushaltsgeräten beziehungsweise für Teppiche verwendet werden. Auch Fasern und Textilien aus PET, etwa Vliesstoffe, Bade- oder Sportkleidung, die den größten Teil des PET-Abfalls ausmachen, lassen sich damit nicht recyceln. Denn diese Polyester bestehen aus unterschiedlichen Monomeren oder enthalten Zusatzstoffe wie Farbstoffe oder Weichmacher, wodurch die Abfälle nur schwer sortier- und trennbar sind. Zudem sind diese Polymere durch ihre kristalline Struktur nur schwer für Enzyme zugänglich – im Gegensatz zu den sortenreinen und semikristallinen PETs der Plastikflaschen.
Gemischtes Erhitzen senkt Kristallisationsrate
Forschende um Hernan Garate von der Universität Sorbonne in Paris habe nun eine neue Methode entwickelt, um auch solchen Polyestermüll abzubauen. Dafür mischten sie gezielt verschiedene Polyesterabfälle und schmolzen sie bei 270 Grad Celsius ein. Dabei entstanden Copolymere, die in zufälligen Kombinationen neu zu Netzen zusammengesetzt wurden. Möglich machten diese chemische Reaktion Rückstände von Antimontrioxid und anderen Katalysatoren, die in den Polyestern noch von ihrem Herstellungsprozess vorhanden waren. Die resultierenden Copolymer-Netze kristallisierten dann beim Abkühlen in Eisbädern deutlich weniger stark aus und wurden so zugänglich für Enzyme. Dadurch konnten sie zermahlen und mit den gleichen Enzymen zerlegt werden, die auch für das Recycling von semikristallinen PET-Flaschen verwendet werden. Dabei entstanden Bausteine, die für die Herstellung neuer Polyesterprodukte geeignet sind, wie das Team berichtet.
Ihre Technik testeten Garate und seine Kollegen unter verschiedenen Bedingungen. Dabei stellten sie fest, dass die Zugabe eines Epoxidzusatzes den Vernetzungsgrad der Copolymere erhöhte, die Kristallisierungsrate weiter senkte und die anschließende Ausbeute an Monomeren verbesserte. Dasselbe galt für längere Mischzeiten. Die Methode ließ sich sowohl mit PBT- und PTT-Abfällen als auch mit Polyester-Textilabfällen erfolgreich anwenden, am effektivsten war eine Kombination aus mehreren solcher komplexen Müllsorten mit sortenreinen PET-Partikeln aus Plastikflaschen. Die verschiedenen Polymere wurden so mit einer Ausbeute von 90 Prozent oder mehr abgebaut und in ihre Einzelteile zerlegt, wie das Team ermittelte.
Müll mischen statt trennen
„Die reaktive Mischung eines hochgradig hartnäckigen, heterogenen PET-Abfalls mit einem völlig resistenten PBT-Polyester ermöglicht eine nahezu vollständige enzymatische Depolymerisation“, schreiben Garate und seine Kollegen. „Diese Feststellung ist kontraintuitiv und legt nahe, dass die Mischung anstelle der Sortierung, die oft kostspielig oder unmöglich ist, der Weg in die Zukunft sein könnte.“ Demnach eignet sich das neue Misch-Enzym-Verfahren, um auch bislang nicht verwertbaren Kunststoffmüll wieder der Plastik-Kreislauf-Wirtschaft zuzuführen. „Synergistisches Mischen kann das Sortieren ersetzen und den Anwendungsbereich des enzymatischen Recyclings auf widerspenstige, heterogene und unsortierbare Abfälle erweitern“, schreibt das Team.
Quelle: Hernan Garate (Sorbonne Université) et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2505611122
