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Die Vermüllung der Meere und überquellende Mülldeponien haben die Aufmerksamkeit auf den Plastikmüll gelenkt, den wir in unsere Umwelt einbringen. Als Reaktion darauf bemühen sich Gemeinden auf der ganzen Welt um Reduzierung, Wiederverwendung und Recycling. Aber was bedeutet es, dass etwas recycelbar ist? Ein Forschungsteam unter der Leitung von Guoliang "Greg" Liu, ausserordentlicher Professor für Chemie am College of Science, arbeitet daran, die Grenzen des Kunststoffrecyclings zu erweitern.
Kunststoffrecycling - eine Herausforderung
Viele von uns werfen eine Metalldose oder ein Glasgefäss bedenkenlos in die Recyclingtonne. Aber bei Kunststoffen ist das etwas anders. Nicht jede Recyclinganlage ist für die Verarbeitung aller Arten von Kunststoffen ausgerüstet. Das liegt daran, dass die Chemie und die Struktur von Kunststoffen sehr unterschiedlich sind und jeder Typ ein spezielles Recyclingverfahren erfordert.
In einer perfekten Welt gäbe es vielleicht überall auf der Welt Recyclinganlagen, die für alle erdenklichen Arten von Kunststoffen ausgerüstet wären. Aber so weit sind wir noch nicht, was zum Teil daran liegt, dass einige Kunststoffe sehr schwer zu recyceln sind und wir noch wirksame, praktische Verfahren für ihre Verarbeitung entwickeln müssen.
Polystyrol ist ein solches schwieriges Material. Am bekanntesten ist Polystyrol als Hauptbestandteil von Styropor, das zwar weit verbreitet ist, aber nur selten recycelt wird. Viele kommunale Recycling-Anlagen weisen die Bürger (auch in Blacksburg) an, kein Polystyrol in ihre Hausmülltonne zu geben.
Die derzeitige Hauptmethode für das Recycling von Polystyrol ergibt ein Produkt, das oft zu minderwertig ist, um das Verfahren wirtschaftlich rentabel zu machen. Mit anderen Worten: Wenn eine Recyclinganlage versucht, Polystyrol in grossem Massstab zu recyceln, braucht sie entweder einen finanziellen Anreiz, z. B. einen staatlichen Zuschuss, oder sie läuft Gefahr, dass ihr das Geld ausgeht und sie den Betrieb einstellen muss.
Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, das Recyclingverfahren so zu verbessern, dass es wirtschaftlich rentabel oder besser noch, wirtschaftlich attraktiv wird. Dank seiner Erfahrung in der Polymerchemie und als Mitglied des Macromolecules Innovation Institute konnte Liu sein Team genau zu diesem Ziel führen.
Aufwertung von Polystyrol
In einem Artikel, der kürzlich in den Proceedings of the National Academy of Sciences, veröffentlicht wurde, stellt das Team eine neue Methode für das Recycling - oder vielleicht besser gesagt das Upcycling - von Polystyrol vor. Durch die Bestrahlung des Materials mit ultraviolettem Licht und die Zugabe eines chemischen Katalysators entsteht bei dieser Methode ein Produkt namens Diphenylmethan (DPM), das von grossem Nutzen ist. DPM wird als Vorprodukt in der Arzneimittelentwicklung, der Polymerherstellung und sogar als Duftstoff in Konsumgütern verwendet. Wichtig ist, dass der Marktpreis von DPM zehnmal höher ist als der anderer Materialien, die derzeit aus recyceltem Polystyrol hergestellt werden können.
Die Forscher gingen in ihrer Untersuchung noch einen Schritt weiter: Sie wollten bestätigen, dass diese neue Methode die angestrebte wirtschaftliche Rentabilität erreichen würde. Die Chemiker der Virginia Tech taten sich mit Wirtschaftsexperten der Santa Clara University und der Dongbei University of Finance and Economics zusammen, die eine Analyse durchführten, um festzustellen, wie rentabel das Recyclingverfahren insgesamt sein würde. Ihre Ergebnisse zeigten, dass aufgrund des hohen wirtschaftlichen Wertes von DPM die Kosten für die Sammlung und Verarbeitung von Polystyrol voll und ganz gerechtfertigt wären.
Diese neue Recyclingmethode würde einen Anreiz schaffen, Polystyrol zu sammeln und zu recyceln, anstatt es zu deponieren oder zu verschmutzen.
"Ich denke, es ist wichtig, dass die Menschen erkennen, dass es für grosse globale Herausforderungen wie Plastikmüll mehrere Lösungen geben kann - und höchstwahrscheinlich auch braucht", sagte Liu. "Wir an der Virginia Tech können ein kleines Stück zu dem grossen Puzzle beitragen und Lösungen anbieten, die sich positiv auf die Welt auswirken."
Literatur
- Zhen Xu et al.; Cascade degradation and upcycling of polystyrene waste to high-value chemicals; Proceedings of the National Academy of Sciences; 2022