Polyurethan befindet sich in der Liste der weltweit am meisten genutzten Polymere an sechster Stelle. Aufgrund seiner Vielseitigkeit und mechanischen Eigenschaften hat sich dieses Material in vielen industriellen Anwendungen etabliert: Hart- und Weichschaumstoffe, Dichtungen, Klebstoffe, technische Bauteile. Polyurethan stellt eine kostengünstige Alternative zu anderen Materialien wie PVC oder Polystyrol dar. Laut Prognosen soll der Markt für Polyurethan von 7,7 Millionen Tonnen im Jahr 2023 auf über 9 Millionen Tonnen im Jahr 2030 wachsen. Die große Bandbreite an Nutzungsmöglichkeiten macht das Recycling von Polyurethan jedoch komplexer: Derzeit landen 50 % des Polyurethans auf Deponien und werden nicht recycelt. Um dieses Problem zu lösen, haben sich die Forschungen zum Recycling von Polyurethan in den letzten zehn Jahren fast vervierfacht. Heute sind insbesondere die Ansätze der Depolymerisation und des biologischen Recyclings aufgrund ihres Potenzials für die Kreislaufwirtschaft sehr gefragt. In diesem Artikel analysieren wir von Alcimed die verschiedenen Recyclingwege für Polyurethan. Welche gibt es? Was sind ihre Grenzen und welche neuen Lösungen zur Verbesserung gibt es?
Das mechanische Recycling von Polyurethan (PU) hat sich schnell entwickelt und wird heute in großem Maßstab verwendet. Es handelt sich um eine häufig eingesetzte Methode, die Abfälle in Flocken, Granulate oder Pulver verwandelt. So hat das Unternehmen Mobius Technologie das größte Polyurethan-Recyclingwerk der Welt mit einer jährlichen Produktionskapazität von 14.000 Tonnen Polyurethan-Schaumstoff (sowohl Hart- als auch Weichschaumstoffe). Diese Methode verschlechtert jedoch die Eigenschaften des ursprünglichen Materials auch die Verarbeitungskosten stellen ein Hindernis dar, welches neue Einsatzmöglichkeiten einschränkt.
Um neue Perspektiven für die Wiederverwendung zu schaffen, wurden chemische Recyclingwege entwickelt. Ansätze wie Glykolyse, Hydrolyse oder Aminolyse ermöglichen die Herstellung von Zwischenprodukten, wie Polyole, die wieder als reaktive Bausteine genutzt werden können. Trotz ihrer Effizienz gibt es auch bei diesen Verfahren Einschränkungen. Die Verfahrensparameter variieren je nach Produkttyp, was die industrielle Nutzung erschwert. Zudem stellen die Kosten dieser Verfahren ein Hindernis dar. Diese Ansätze erfahren jedoch zunehmendes Interesse, seit China 2018 die Einfuhr von westlichen Plastikabfällen verbot und die Kosten für mechanische und thermische Behandlungen gestiegen sind. Europäische Projekte wie UrbanRec oder PURESmart sind Beispiele für diese Entwicklung.
Die Nutzung der enzymatischen Depolymerisation geht heute über PET hinaus und konzentriert sich auch auf Polyurethane. Vielversprechende Ergebnisse wurden bei der Polyisocyanurat-Familie erzielt, bei der Mikroorganismen in der Lage waren, die Esterbindungen in diesem Polymer abzubauen. Im Gegensatz zu den bisher gängigen, oft ineffizienten Technologien zur Polyurethan-Wiederverwertung bietet diese Methode mehrere vielversprechende Vorteile. Sie ermöglicht die vollständige Wiedereingliederung von recyceltem Material in den Produktionsprozess, sodass ein Endmaterial entsteht, das in der Qualität mit neuem Material vergleichbar ist. Zudem kann sie komplexe Materialien wie Verbundstoffe oder Mischungen recyceln, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu verarbeiten sind. Diese Ansätze befinden sich noch in einem frühen technologischen Entwicklungsstadium, da es keinen einheitlichen Weg gibt, um alle Polyurethane zu verarbeiten, und maßgeschneiderte Lösungen müssen entwickelt werden. Aufgrund ihres hohen Potenzials für die Kreislaufwirtschaft erforschen jedoch mehrere Hersteller wie Covestro, Eurofoam und Soprema aktiv diesen Weg, der gute Fortschritte erwarten lässt.
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Es gibt zudem eine zunehmende Zahl von Studien, in denen Polyurethane entwickelt werden sollen, die besser recycelbar sind. Akademische Forschungen konzentrieren sich auf die Veränderung von Polyurethan, um es biobasiert, vollständig biologisch abbaubar und/oder besser für die enzymatische Depolymerisation geeignet zu machen. Ein großes Potenzial liegt in der Verwendung von Polyolen und Isocyanaten, die aus pflanzlichen Ölen (Soja, Raps, Rizinus usw.) gewonnen werden, sowie in der Hinzufügung spezifischer Kettenverlängerer und biologisch abbaubarer aliphatischer Polyester, wie sie in Forschungen am Institut für Fermentationstechnologie und Mikrobiologie der Technischen Universität Łódź in Polen untersucht werden. Obwohl diese Innovationen das Recycling von Polyurethan nicht sofort lösen, sind sie von großer Bedeutung für die Zukunft. Diese Modifikationen, die Polyurethan biobasiert und biologisch abbaubar machen, indem sie pflanzliche Öle und abbaubare Polyester verwenden, könnten langfristig umweltfreundlichere Lösungen bieten. Diese Materialien wären nachhaltiger und leichter zu verarbeiten und zugleich würde die Umweltbelastung durch gängige Polyurethane verringert werden. Damit würde dieses Material noch attraktiver werden.
In einem Kontext, in dem viele Industrien sich bemühen, die Anzahl der verwendeten Materialien zu verringern und dabei insbesondere auf die Recyclingfähigkeit zu achten, sind neue chemische Recyclingansätze und die enzymatische Depolymerisation von Polyurethan von zunehmendem Interesse. Diese Ansätze, kombiniert mit der Bestrebung, Polyurethane nachhaltiger zu produzieren und neue Alternativen für bestimmte Bestandteile wie Isocyanate zu finden, lassen auf eine vielversprechende Zukunft für Polyurethane hoffen! Wir von Alcimed können Sie bei der Umsetzung von Kreislaufwirtschafts- oder CSR-Strategien begleiten. Zögern Sie nicht, unser Team zu kontaktieren!
Über die Autoren,
Vincent, Business Unit Director in Alcimeds Chemie- und Materialteam in Frankreich
Manon, Consultant in Alcimeds Chemie- und Materialteam in Frankreich
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