Jogurtbecher, Wegwerfbesteck, CD-Hüllen und Styroporverpackungen – Polystyrol ist extrem vielseitig und gehört zu den meistverwendeten Kunststoffen weltweit. In Deutschland wurden im Jahr 2019 insgesamt 727 000 Tonnen Polystyrol verarbeitet. Allerdings landete auch etwa die gleiche Menge wieder in der Abfallverwertung, da Polystyrolprodukte häufig nur einmal oder für einen sehr begrenzten Zeitraum benutzt werden. Polystyrol kann jedoch – so wie fast alle Kunststoffe – weder verrotten noch zersetzt es sich auf anderen natürlichen Wegen, wenn es in die Umwelt gelangt. Die wachsenden Plastikmüllberge in der Natur sind ein großes Risiko für Pflanzen, Tiere und ganze Ökosysteme.

Bisher werden eingesammelte Plastikabfälle auf verschiedene Arten behandelt. Sie werden verbrannt, geschreddert, chemisch zerlegt oder in neue Chemikalien verwandelt. Doch viel zu oft ist nur die energetische Nutzung als Brennstoffersatz ökonomisch attraktiv. Das liegt vor allem daran, dass für ein stoffliches Recycling meist aufwändige Sammel-, Reinigungs- und Trennverfahren notwendig sind. Forschende von der Virginia Tech University haben jetzt eine neuartige Methode entwickelt, wie sich Polystyrol nicht nur verwerten (recyceln), sondern sogar aufwerten (upcyceln) lässt. Das berichtet die Gruppe um den Chemieingenieur Guoliang Liu im Fachmagazin »PNAS«. Die Wissenschaftler sehen in ihrem Ansatz eine lukrative Möglichkeit, Polystyrol in hochwertige Substanzen für die chemische Industrie zu verwandeln, wenn es gelingt, das Prinzip auf industrielle Maßstäbe zu skalieren.

Zunächst zeigte die Forschungsgruppe, dass sich Polystyrol bei Raumtemperatur und unter Atmosphärendruck mit Hilfe eines kostengünstigen Aluminiumchlorid-Katalysators und UV-Licht zersetzen lässt. Dabei entsteht Benzol, die Stammverbindung der aromatischen Kohlenwasserstoffe. Anschließend gab sie Dichlormethan hinzu, das in Kombination mit Benzol zu Diphenylmethan reagiert. So konnte sie 97 Prozent der aromatischen Phenylringe des Polystyrols in Diphenylmethan überführen, eine hochwertige Chemikalie mit geringer Toxizität, die unter anderem in der Lebensmittel-, Pharma-, Duft- und Farbstoffindustrie verwendet wird. »Die kombinierte Abbau- und Upcycling-Methode ist kostengünstiger und nachhaltiger als die derzeitigen industriellen Verfahren zur Herstellung von Diphenylmethan«, heißt es in dem Forschungsartikel.

Es gibt auch Kritik an der Methode

Wissenschaftler, die nicht an dem Forschungsprojekt beteiligt waren, sehen das Ergebnis etwas kritischer. Mathias Seitz, Professor für Verfahrenstechnik an der Hochschule Merseburg, lobt zwar das grundsätzliche Prinzip, sieht aber diverse Hürden, die zu nehmen sind, bevor das Verfahren großtechnisch umsetzbar ist. So müssten etwa unerwünschte Nebenreaktionen ausgeschlossen, die Kühlung der Lampen berücksichtigt und sicherheitstechnische Probleme gelöst werden, sagt er. Auch seien die Reaktionen recht zeitintensiv. »Dass dieses Verfahren kostengünstig sein soll, widerspricht den bisherigen Erfahrungen.«

Zudem bemängelt Seitz die Aussage der Autoren, sie hätten »Polystyrolabfälle aus kommunalen und Laborquellen« genutzt. Dies lasse den Eindruck entstehen, dass es sich tatsächlich um reale Abfälle – zum Beispiel aus dem Gelben Sack – handeln würde. »Die Frage des Reinigungsaufwands des Plastikabfalls ist nicht beschrieben. All das kann zu einem weitaus komplexeren Reaktionsgeschehen führen, das nicht vorhersehbar ist«, gibt er zu bedenken. Denn generell gelte: je sauberer der Müll, desto hochwertiger das Produkt.

Produkt hat nur sehr kleinen Marktanteil

Ein weiteres Problem beim Upcycling ist, dass teurere Produkte meist einen viel kleineren Markt haben. Somit könnte nur ein Bruchteil des gesamten Polystyrolabfalls wirklich sinnvoll auf diese Weise umgewandelt werden. Die Studienautoren hätten sich zwar auch ein paar andere Produkte ausgedacht, in die das entstehende Diphenylmethan umgewandelt werden kann, sagt Johannes Gerardus de Vries, ehemaliger leitender Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock. »Dabei handelt es sich jedoch ebenfalls um Feinchemikalien mit geringer Marktgröße.«

Julia Vogel, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Abfalltechnik beim Umweltbundesamt, plädiert daher dafür, genau hinzuschauen und »immer das ökologisch vorteilhafteste Recyclingverfahren einzusetzen«. »Kunststoffrecycling sollte möglichst hochwertig erfolgen mit dem Ziel, Stoffe aus dem Abfallstrom zurückzugewinnen, die Primärmaterialien und bestenfalls Primärkunststoffe ersetzen und dadurch Ressourcen einsparen«, sagt sie. Chemisches Recycling könne sinnvoll sein – müsse es aber nicht. »Die einzelnen Verfahren des chemischen Recyclings sind jeweils in Bezug auf den eingesetzten Abfall gesondert zu bewerten. Allgemeine Aussagen sind dazu nicht möglich«, so Vogel.

Um der weltweit immer größer werdenden Plastikflut Herr zu werden, ist es enorm wichtig, die bestehenden Recyclingverfahren kontinuierlich zu verbessern und fortwährend neue zu entwickeln. Vor allem aber müssen sich die Verfahren wirtschaftlich lohnen. Dass das möglich ist, haben die Wissenschaftler der Virginia Tech University gezeigt. De Vries sagt dazu: »Es ist aufrichtig zu hoffen, dass alle Probleme während der Prozessentwicklung ausgeräumt werden können, da eine produktivere Nutzung von Kunststoffabfällen dringend erforderlich ist.«