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Chemiker nutzen die Sonne, um Plastikabfälle zu recyceln

Publiziert

Licht und Sauerstoff verwandeln Kunststoffabfälle in nützliche Benzoesäure

Chemiker der Cornell University haben einen Weg gefunden, Polystyrol - eine Kunststoffart, die in vielen alltäglichen Gegenständen vorkommt - mit Hilfe von Licht und Sauerstoff in Benzoesäure umzuwandeln, ein Produkt, das in Chemielabors von Grund- und Oberschulen vorkommt und auch in Duftstoffen, Lebensmittelkonservierungsmitteln und anderen allgegenwärtigen Produkten verwendet wird. Eierkartons aus Styropor, Compact-Disc-Hüllen aus Hartplastik, rote Trinkbecher und viele andere gängige Produkte bestehen aus Polystyrol, das weltweit ein Drittel des Deponiemülls ausmacht.

Ein Team unter der Leitung von Erin Stache, Assistenzprofessorin für Chemie und chemische Biologie an der Cornell University, fand heraus, dass die Reaktion sogar in einem sonnigen Fenster stattfinden kann. Ihre Arbeit "Chemical Upcycling of Commercial Polystyrene via Catalyst-Controlled Photooxidation" wurde im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht. Im Einklang mit der Mission ihres Labors, Umweltprobleme durch Chemie anzugehen, ist das neue Verfahren mild, klimafreundlich und auf kommerzielle Abfallströme skalierbar, so Stache. Darüber hinaus ist das Verfahren tolerant gegenüber Zusatzstoffen, die in einem Strom von Verbraucherabfällen enthalten sind, darunter Schmutz, Farbstoffe und andere Arten von Kunststoffen.

Im vergangenen Sommer führte Staches Labor einige Abbauversuche in einem sonnigen Fenster durch; an einem Ort mit ganzjährig starker Sonneneinstrahlung könnte die Reaktion auch im Freien durchgeführt werden. "Der Vorteil der Verwendung von Licht besteht darin, dass man den chemischen Prozess mit einigen der Katalysatoren, die wir entwickelt haben, um das weisse Licht nutzbar zu machen, sehr gut kontrollieren kann. Wenn wir das Sonnenlicht zum Antrieb des Prozesses nutzen können, ist das eine Win-Win-Situation", sagte Stache, der darauf hinwies, dass das bestehende Polymerrecycling das Erhitzen eines Polymers zum Schmelzen und Verarbeiten erfordert, wofür normalerweise fossile Brennstoffe benötigt werden.

Um die Verträglichkeit des Verfahrens mit anderen Materialien zu testen, die mit dem PS-Kunststoff vermischt wurden, verwendeten die Forscher verschiedene Produkte, von Verpackungsmaterialien bis hin zu Kaffeetassendeckeln. Sie fanden heraus, dass drei Produkte - ein weisser Kaffeetassendeckel, Styropor und ein durchsichtiger Deckel - effizient abgebaut wurden. Ein schwarzer Kaffeetassendeckel wurde weniger effizient abgebaut, möglicherweise weil die schwarzen Farbstoffe die Lichtdurchdringung hemmen, so Stache. "Diese Ergebnisse zeigen, dass unser System handelsübliche PS-Proben effizient abbauen kann, sogar mit zusätzlichem Verbundstoff und unlöslichem Material", sagte sie.

Um die Skalierbarkeit und eine mögliche kommerzielle Anwendung zu demonstrieren, haben die Forscher einen Aufbau mit zwei Spritzenpumpen und zwei LED-Lampen in einem 3D-gedruckten Photoreaktor geschaffen. Die Effizienz des Abbauprozesses im grossen Massstab war ähnlich wie bei kleinen Chargen. "Wenn wir den Prozess noch effizienter gestalten können, können wir darüber nachdenken, wie wir ihn vermarkten und für Abfallströme nutzen können", sagte Stache.

Originalveröffentlichung

  • Sewon Oh and Erin E. Stache; Chemical Upcycling of Commercial Polystyrene via Catalyst-Controlled Photooxidation; J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 13, 5745–5749

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