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Von Kunststoffverschmutzung zur CO2-Abscheidung
Chemiker der Universität Kopenhagen haben einen chemischen Upcycling-Prozess entwickelt, der weggeworfenes PET (Polyethylenterephthalat) — das Polymer, das in Flaschen, Textilien und Verpackungen verwendet wird — in ein neues CO2-Sorptionsmittel namens BAETA umwandelt. Der Ansatz nutzt minderwertiges oder degradiertes PET, das schwer zu recyceln ist, und verwandelt es in ein pulverförmiges Material mit einer gezielt modifizierten Oberfläche, die Kohlendioxid chemisch binden kann. Das Ergebnis adressiert zwei miteinander verknüpfte Umweltkrisen: die hartnäckige Kunststoffverschmutzung und den Anstieg des atmosphärischen CO2.
Das Team der Universität Kopenhagen berichtet, dass das BAETA-Material CO2 mit einer Effizienz aufnimmt, die mit etablierten Kohlenstoffabscheidungsmaterialien vergleichbar ist, dabei aber mildere chemische Bedingungen verwendet und sich gut für eine Skalierung eignet. Anstatt PET in Böden und Meeren in Mikroplastik zerfallen zu lassen, macht diese Methode aus diesem Abfall einen Rohstoff für industrielle CO2-Management-Technologien.
Chemie und Mechanismus: wie PET zu einem CO2-Sorptionsmittel wird
Auf chemischer Ebene ist PET gewichtsmäßig reich an Kohlenstoff und weist Strukturmerkmale auf, die sich zu funktionalen Sorptionsmitteln weiterverarbeiten lassen. Die Forschenden bauen das PET-Polymer in kleinere Einheiten auf und funktionalisieren das Material mit Ethylendiamin, einer Aminverbindung, die für ihre starke Affinität zu CO2 bekannt ist. Aminogruppen reagieren mit CO2 und bilden Carbamate oder verwandte Spezies, wodurch eine chemische Bindung entsteht und nicht nur eine physikalische Adsorption. BAETA ist daher ein chemisch aktives Sorptionsmittel: Es bindet CO2 effektiv und setzt es bei Erwärmung frei, sodass das Sorptionsmittel regenerierbar ist.
Die Synthese soll unter vergleichsweise milden Bedingungen ablaufen, einschließlich Umgebungstemperaturen während der entscheidenden Umwandlungsschritte, was den Energieeinsatz gegenüber lösungsmittelintensiven oder hochtemperaturigen Verfahren reduziert. Das Endprodukt ist ein pelletierbares Pulver, das sich zu modularen Einheiten für die industrielle Abgasbehandlung oder andere CO2-Abscheideanwendungen formen lässt.
Leistung, Haltbarkeit und industrielle Integration
Die Universitätsforscher berichten, dass BAETA seine Aufnahmefähigkeit über viele Zyklen behält und einen breiten Temperaturbereich toleriert — wirksam von etwa Raumtemperatur bis rund 150 °C. Diese thermische Beständigkeit macht es geeignet für den Einsatz am Ende industrieller Schornsteine und Abgasströmungen, wo Rauchgase noch warm sind.
Wenn BAETA mit CO2 gesättigt ist, wird durch thermische Desorption — einem kontrollierten Erwärmungsschritt — konzentriertes CO2 freigesetzt, das dann gespeichert oder mittels Power-to-X-Prozessen in wertschöpfende Produkte umgewandelt werden kann. Das Team sieht einen frühen Einsatz in vor Ort installierten industriellen CO2-Abscheideeinheiten vor, die Abgase durch BAETA-gefüllte Module leiten, um CO2 zu entziehen, bevor Emissionen in die Atmosphäre gelangen.
Skalierbarkeit und wirtschaftliche Perspektive
Das Verfahren richtet sich an PET-Abfälle, deren Recycling wirtschaftlich nicht sinnvoll ist — verfärbter, kontaminierter oder stark degradierter Kunststoff, der derzeit in Deponien und Ozeanen landet. Durch die Verwendung dieses geringwertigen Rohmaterials könnte die Technologie einen wirtschaftlichen Anreiz schaffen, verschmutztes Plastik zu sammeln. Die Forschenden arbeiten an der Skalierung zur Produktion von BAETA in Tonne-Maßstab und suchen Investitionen, um vom Laborversuch zu kommerziellen Pilotanlagen überzugehen. Da die Umwandlung unter milden Bedingungen erfolgen kann, ist der Weg zur industriellen Skalierung technisch vergleichsweise unaufwändig im Vergleich zu energieintensiver Sorptionsmittelherstellung.
Umweltfolgen und Verträglichkeit mit dem Recycling
Die Methode ist so konzipiert, dass sie das konventionelle Recycling ergänzt und nicht ersetzt. Die BAETA-Produktion priorisiert PET-Ströme, die sich nicht für mechanisches Recycling eignen, und konkurriert damit nicht um hochwertige Recyclingströme für lebensmitteltaugliche oder wiederverwendbare Kunststoffe. Die Umwandlung von ozeanischem und degradiertem PET in ein Material, das CO2 entfernt, könnte sowohl die Mikroplastikbelastung in marinen Systemen verringern als auch einen Beitrag zur Klimaminderung leisten.
Das Team hebt den doppelten Nutzen hervor: die Reinigung der natürlichen Umwelt von Plastikverschmutzung und die Bereitstellung eines Weges, CO2 zu erfassen und zu konzentrieren, um es zu speichern oder zu nutzen. Bei breiter Anwendung könnte dieser Ansatz die Ökonomie der Plastikbeseitigung verändern, indem er wiedergewonnenem Abfall einen direkten Klimawert beimisst.
Experteneinschätzung Dr. Anika Sharma, Chemieingenieurin und Spezialistin für CO2-Abscheidung, kommentiert: "Die Umwandlung von minderwertigem PET in ein chemisch aktives Sorptionsmittel ist ein cleveres Beispiel für zirkuläre chemische Verfahrenstechnik. Die wichtigsten Kennzahlen, die beim Skalieren zu beobachten sind, sind der Energiebedarf für die Regenerierung, die Lebensdauer des Sorptionsmittels unter realen Abgasbedingungen und die Kosten der Rohstoffsammlung. Stimmen diese Faktoren, könnte BAETA die Märkte für Abfallmanagement und CO2-Abscheidung effektiv verbinden."
Nächste Schritte und Forschungsprioritäten
Die Autorinnen und Autoren betonen, dass die unmittelbare technische Arbeit in der Produktionsskalierung, der Validierung von Langzeitzyklen unter industriellen Gaszusammensetzungen (einschließlich Feuchte und üblicher Kontaminanten) sowie in der Integration von BAETA-Modulen in bestehende Abgassysteme besteht. Politische und investive Entscheidungen werden entscheidend sein: Die Einführung erfordert Kapital für Pilotinstallationen und regulatorische Rahmenbedingungen, die die CO2-Entfernung mittels upgecycelter Materialien anerkennen.
Fazit
Die Umwandlung problematischer PET-Abfälle in BAETA zeigt einen vielversprechenden Weg auf, um Kunststoffverschmutzung und CO2-Entfernung gleichzeitig anzugehen. Die Chemie — das Aufbrechen von Polymerketten und die Funktionalisierung mit Aminogruppen — ergibt ein regenerierbares Sorptionsmittel, das erhöhte Abgastemperaturen toleriert und unter milden Bedingungen hergestellt werden kann. Bei Skalierung und Einsatz an industriellen Quellen könnte die Technologie sowohl eine Umweltbereinigung degradierter Kunststoffe bieten als auch einen effektiven, potenziell kostengünstigen Weg zur CO2-Abscheidung und -Nutzung darstellen und somit ein greifbares Modell für die Kreislaufwirtschaft in zwei drängenden globalen Herausforderungen schaffen.
Quelle: sciencedaily
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