Besorgniserregende Chemikalien: Eine Überholung ist dringend erforderlich, um „ausgefallene“ Kunststoffrecyclingsysteme zu reparieren

Jun 06, 2024

Ein auf Mikroplastik spezialisierter Meeresbiologe untersucht Meeresproben aus dem Mittelmeer im Rahmen einer wissenschaftlichen Studie über die Schädigung von Meeresökosystemen durch Mikroplastik in der Nähe von Villefranche-Sur-Mer an der französischen Riviera. REUTERS/Eric Gaillard

5. Juli – Recycling wird als Lösung für die Kunststoffkrise angepriesen, die die Menschheit erfasst, aber trotz aller Versprechen, mehr recyceltes Material zu verwenden, macht es immer noch nur einen winzigen Bruchteil des Ausgangsmaterials für die Kunststoffherstellung aus, und letztendlich sind es nur 9 % der Kunststoffe recycelt.

Um hier Abhilfe zu schaffen, bedarf es zweierlei Notwendigkeiten: die Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Zusammenhang mit der Kunststoffherstellung – die auf 3 % der weltweiten Emissionen geschätzt werden – und die Beendigung der Verschwendung.

Doch das Recycling von Kunststoffen ist nicht einfach, und viele Polymere lassen sich nicht einfach in ihre Bausteine ​​für einen geschlossenen Kreislauf zurückverwandeln. Infolgedessen werden sie verbrannt, deponiert oder abgeladen.

Im Juni trafen sich die Verhandlungsführer, die an der Einigung über ein globales Kunststoffabkommen arbeiten, in Paris, um Maßnahmen zur Beendigung der Kunststoffverschwendung zu besprechen, die von Produktionskürzungen bis hin zur Abfallbewirtschaftung reichten. Es überrascht nicht, dass die Kunststoffindustrie der Meinung ist, dass Maßnahmen im nachgelagerten Bereich ergriffen werden sollten, aber wie Yoni Shiran, Leiterin des Kunststoffbereichs für das Beratungsunternehmen Systemiq, es ausdrückt: „In den meisten Ländern besteht allgemein die Einsicht, dass wir bei diesem Ansatz ganzheitlich sein müssen.“ Die Lösung hier ist viel komplexer als jeder einzelne Teil der Wertschöpfungskette oder jede einzelne Lösung oder jedes einzelne Land.“

Shiran war im Vorfeld der Verhandlungen Mitautor eines Berichts des UN-Umweltprogramms, in dem eine vollständige Überarbeitung der Systeme vorgeschlagen wurde, um problematische und unnötige Kunststoffe zu eliminieren, Wiederverwendung und Recycling zu beschleunigen und nachhaltige Alternativen zu fördern. Solche Veränderungen könnten den Abfluss von schlecht entsorgtem Abfall bis 2040 um über 80 % reduzieren, so der Bericht, aber sie erfordern eine strenge und durchgesetzte globale Regulierung – etwas, das eine Unternehmenskoalition von mehr als 80 Organisationen gefordert hat. Eine „ehrgeizige Koalition“ aus mittlerweile 60 Regierungen hat sich verpflichtet, ein rechtsverbindliches Instrument zu entwickeln, das den gesamten Lebenszyklus von Kunststoffen berücksichtigt.

Kunststoffe werden nach Polymertyp gekennzeichnet, wie zum Beispiel das allgegenwärtige PET (Polyethylenterephthalat), das für Wasserflaschen verwendet wird, aber es handelt sich tatsächlich um eine komplexe Mischung von Chemikalien, die Verarbeitungshilfsmittel, Farbstoffe, Flammschutzmittel und Weichmacher sowie unbeabsichtigte Zusätze während der Herstellung enthalten können oder Verwendung, die sich auf das Recycling auswirken kann.

Aktivisten halten ein Banner, während Greenpeace International im Vorfeld des viertägigen Gipfels des Umweltprogramms der Vereinten Nationen zur Reduzierung der Plastikverschmutzung am 27. Mai 2023 in Paris, Frankreich, eine Kunstinstallation des Künstlers Benjamin von Wong enthüllt. REUTERS/Michaela Cabrera

PET-Schalen können beispielsweise nicht in den gleichen Recyclingstrom wie PET-Flaschen gegeben werden, da sie eine größere Bandbreite an chemischen Zusatzstoffen enthalten. Gemischte Schichten aus verschiedenen Kunststoffen können nicht recycelt werden, da sie sich nicht trennen lassen.

Die Bestandteile von Kunststoffen sind ein streng gehütetes Geheimnis, dessen Aufklärung Detektivarbeit erfordert. Derzeit versucht ein Team des US-amerikanischen National Renewable Energy Laboratory (NREL), Zusatzstoffe in über 20 Standardkunststoffen zu identifizieren.

Andere Forscher haben über 10.000 Chemikalien identifiziert, die möglicherweise bei der Kunststoffproduktion verwendet wurden. Abgesehen von ihren Auswirkungen auf das Recycling stellen wir auch fest, dass viele davon Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben, da sie während des Kunststofflebenszyklus auslaugen können. Diese „besorgniserregenden Chemikalien“ können Hormone stören, Krebs verursachen und Menschen und andere Organismen vergiften. Aber die Wissenschaft entwickelt sich weiter und sichere Grenzwerte (falls vorhanden) sind nicht klar. Selbst dort, wo wissenschaftlich kein Zweifel besteht, wie zum Beispiel bei persistenten organischen Schadstoffen (POPs), die im Rahmen des Stockholmer Übereinkommens geregelt sind, sind einige von ihnen für die Verwendung in Kunststoffen ausgenommen.

Shiran schlägt vor, dass letztendlich Gesetze erforderlich sein werden, um Transparenz über die verwendeten Chemikalien, einschließlich Prozesse und Mengen, zu erzwingen und unsichere Chemikalien zu verbieten. „Viele der Unternehmen, die das Zeug verkaufen, wissen es nicht genau. Sie fragen also auch nach Vorschriften. Manchmal fragen sie die Leute bei Systemiq oder anderen: „Sagen Sie uns bitte, welche besorgniserregenden Chemikalien wir einfach aus unseren Lieferketten entfernen sollten und welche nicht“, weil sie verwirrt sind.“ Er fügt hinzu: „Das ist alles gewaltig.“ Verwirrung, teilweise vielleicht sogar absichtliche Verwirrung, denn manche Menschen profitieren von dieser Verwirrung.“ Es wird schwierig sein, im Vorfeld eines Abkommens im nächsten Jahr eine endgültige Liste der zu verbietenden Stoffe zu erstellen, aber eine sich weiterentwickelnde Liste könnte im Laufe der Zeit aktualisiert werden, wenn wir mehr darüber erfahren, was eingeschränkt werden soll.

Ein neuer Bericht von Greenpeace hebt Forschungsergebnisse hervor, die zu dem Schluss kommen, dass sich in recycelten Kunststoffen entweder durch Kontamination oder als Ergebnis des Recyclingprozesses selbst Toxizität ansammeln kann. Die Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) hat damit begonnen, den chemischen Gehalt von recycelten Kunststoffen zu untersuchen, um zu beurteilen, was passiert, wenn verschiedene Materialien gemischt werden, und ob bei der Verwendung zusätzliche Chemikalien eingeführt werden.

Flaschen aus PET auf einem Förderband in einer Recyclinganlage in der Schweiz. REUTERS/Arnd Wiegmann

Die Automobilindustrie – ein wichtiger Verwender von Kunststoffen – ist mit einem internationalen Materialdatensystem und einer globalen Datenbank gefährlicher Materialien möglicherweise am weitesten im Verständnis der in der Fertigung verwendeten Materialien.

Für die Kunststoffindustrie entwickelt ein Dachverband, der International Council of Chemical Associations (ACCI), eine Datenbank mit Zusatzstoffen, in der Anwendungen und bestehende wissenschaftliche Bewertungen detailliert beschrieben werden. Außerdem ist ein Risikobewertungsrahmen für Zusatzstoffe geplant. Ziel ist es, beides bis zum Ende der Vertragsverhandlungen im nächsten Jahr fertig zu haben. Die Arbeit wird mit den Aufsichtsbehörden geteilt.

Es besteht ein großer Unterschied zwischen der theoretischen Recyclingfähigkeit eines Materials und der Tatsache, dass es in der Praxis recycelt werden soll. Die Ellen MacArthur Foundation geht davon aus, dass mindestens 30 % eines Materials bei einer Bevölkerung von 400 Millionen Menschen (etwa der Größe der EU) recycelt werden müssen, damit Recycling in großem Maßstab stattfinden kann.

„Das bedeutet, die Polymere, die wir zur Skalierung verwenden, zu optimieren“, sagt Shiran. „Im Moment ist es der Wilde Westen – die Menschen verwenden jedes Polymer, jeden Zusatzstoff, jede Farbe, jede Größe, jede Form.“

Das Consumer Goods Forum hat „goldene Designregeln“ entwickelt, wie etwa die ausschließliche Verwendung von transparentem oder ungefärbtem PET, die Reduzierung von Plastikumhüllungen und die Entfernung von PVC, Fasern und Aluminiumfolie aus flexiblen Verpackungen, während die OECD Designleitlinien für Hersteller entwickelt hat, die auch Überlegungen zu Zusatzstoffen beinhalten .

In einem kürzlich durchgeführten Webinar beschrieb Ann Tracy, Chief Sustainability Officer bei Colgate-Palmolive, wie das Unternehmen sich für HDPE (Polyethylen hoher Dichte) entschieden hat, das häufig für Plastikmilchflaschen verwendet wird und das (möglicherweise bis zu zehnmal) recycelt werden kann, um die mehreren Schichten zu ersetzen aus verschiedenen Kunststoffen, aus denen die Zahnpastatuben hergestellt werden. „Es hat einige Jahre gedauert, bis es richtig war, weil (HDPE) ein starrer Kunststoff ist und wir dafür sorgen mussten, dass es sich wie eine Röhre anfühlt“, sagte Tracy.

Ein Mitarbeiter arbeitet an einem Fahrzeug in einem GM-Montagewerk in Kansas. Die Automobilindustrie verfügt über ein internationales Materialdatensystem und eine globale Datenbank für Gefahrstoffe. REUTERS/Dave Kaup

Bezeichnenderweise hat Colgate-Palmolive die Technologie mit Wettbewerbern geteilt, mit dem Ziel, bis 2025 drei von vier Zahnpastatuben recycelbar zu machen.

Im Idealfall würden Kunststoffe mechanisch recycelt, das heißt, sie werden zerkleinert und zu Pellets geformt, um sie wieder zu Kunststoff zu verarbeiten. Es ist das kostengünstigste Verfahren im Hinblick auf Infrastruktur und Energiebedarf. Forscher am NREL stellen fest, dass das mechanische Recycling der am häufigsten verwendeten Polymere, darunter PET und HDPE, in einem Zyklus hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Umweltauswirkungen den chemischen Prozessen überlegen ist.

Es gibt jedoch Auswirkungen auf die Qualität, da viele Kunststoffe „downcycled“ werden und es zu Materialverlusten kommt, unter anderem in Form von Mikroplastik, das in Wasserläufe gespült wird.

Und selbst PET, das theoretisch viele Male mechanisch recycelt werden kann, ist es nicht. In Europa landen lediglich 17 % der auf den Markt gebrachten PET-Flaschen als recycelter Inhalt in neuen Flaschen. Weit mehr davon landet in Textilien, die nicht recycelt werden. Das Beratungsunternehmen Eunomia schätzt, dass sich der Recyclinganteil von PET-Flaschen durch die stärkere Nutzung von Pfandrückgabesystemen, die Ermutigung der Hersteller zum Umstieg auf durchsichtiges PET und die Priorisierung des Recyclings im geschlossenen Kreislauf auf 75 % verbessern könnte.

Die Industrie investiert in sogenannte „fortgeschrittene Recyclingtechniken“ der Pyrolyse und Vergasung, bei denen hohe Temperaturen und Drücke zum Einsatz kommen. Diese benötigen große Mengen an Energie und emittieren Treibhausgase und Schadstoffe, während der Output in der Regel nicht zur Herstellung neuer Kunststoffe verwendet wird. Die NREL-Forscher schätzten, dass sie 10- bis 100-mal größere wirtschaftliche und ökologische Auswirkungen haben als die Produktion von Neupolymeren.

Im Mai unterzeichneten sieben Chemieunternehmen der Initiative „Low-Carbon Emitting Technologies“ des Weltwirtschaftsforums – BASF, Covestro, Dow, Mitsubishi Chemical, SABIC, Solvay und LyondellBasell – eine Vereinbarung mit der niederländischen unabhängigen Forschungsorganisation TNO zur Einrichtung eines Forschungs- und Entwicklungszentrums für Kunststoffe Abfallverarbeitung. Der Schwerpunkt des Hubs liegt auf der Entwicklung neuer Technologien für die Abfallverarbeitung mit einem geringeren CO2-Fußabdruck und einem höheren Grad an Kunststoffabfallrecycling.

PureCycle mit Sitz in den USA wird Harz in seiner Polypropylen-Recyclinganlage in Ohio produzieren. PureCycle/Handout über REUTERS

Die vielversprechendsten chemischen Recyclingverfahren kommen erst jetzt aus dem Labor. Aber „es gibt keine einzige Technologie, die sie alle beherrscht.“ Bei allen gibt es Kompromisse, alle mögen für eine Sache gut sein, für eine andere jedoch nicht so gut“, sagt Taylor Uekert, leitender Forscher am NREL. „Wir müssen zusammenarbeiten, um herauszufinden, wie wir diese Technologien optimal kombinieren können, um das Problem anzugehen.“

Es zeichnen sich einige Lösungen ab. Im Juni sollte das in den USA ansässige Unternehmen PureCycle damit beginnen, das erste Harz zu testen, das in seiner Polypropylen-Recyclinganlage in Ohio hergestellt wird. Der erste Abnehmer wird Proctor & Gamble sein, dessen Wissenschaftler die Lösungsmitteltechnologie entwickelt haben.

PureCycle schätzt, dass sein Prozess 79 % weniger Energie verbraucht und 35 % weniger CO2-Emissionen verursacht als die Produktion von neuem Polypropylen. Sein Lösungsmittel wird zurückgewonnen und wiederverwendet. Entscheidend ist, dass der Prozess die Polymerkette nicht zerstört, sondern wie oft das Harz recycelt werden kann, hängt davon ab, was bei der anschließenden Verarbeitung geschieht.

Zwei europäische Unternehmen konzentrieren sich auf die Rückführung von PET in seine ursprünglichen Bausteine ​​für das wiederholte Recycling aus PET-Flaschen oder Textilien ohne Qualitätsverluste. Das in Frankreich ansässige Unternehmen Carbios hat ein Enzymverfahren zum Abbau des Polymers entwickelt und will mit Unterstützung von Indorama Ventures, einem Hersteller von recyceltem PET-Harz, im Jahr 2025 die erste Anlage im industriellen Maßstab in Betrieb nehmen.

Laut Carbios führt sein Verfahren zu einer Reduzierung der Kohlenstoffemissionen um 51 % im Vergleich zur Herstellung von neuem PET. Das niederländische Unternehmen Ioniqa hat eine 10.000-Tonnen-Anlage gebaut, um seine Lösungsmitteltechnologie zu demonstrieren, die alle Arten von PET-Anwendungen wieder in Monomere umwandelt. Es wird behauptet, dass der Prozess 75 % weniger Emissionen ausstößt als die Herstellung von PET aus Öl. Ioniqa arbeitet daran, sein Verfahren auf andere Kunststoffe auszudehnen.

Recycling allein kann die Kunststoffkrise nicht lösen. Wie der UNEP-Bericht deutlich macht, sind weitere notwendige Schritte die Eliminierung problematischer und unnötiger Kunststoffe sowie die Vermeidung der Verwendung von Kunststoffen durch Wiederverwendungs- oder Nachfüllmodelle. Eine Reduzierung der verbleibenden Kunststoffarten würde zu Skaleneffekten führen und die Sortierung für das Recycling erleichtern. Damit würde auch der Kohlenstoff gebunden bleiben, wenn die Industrie ihren Klimaverpflichtungen nachkommen soll.

Dieser Artikel ist Teil der neuesten Ausgabe des Magazins The Ethical Corporation und befasst sich mit der Plastikmüll-Epidemie. Laden Sie hier ein kostenloses Exemplar herunter

Angeli Mehta ist Wissenschaftsautorin mit besonderem Interesse an Umwelt und Nachhaltigkeit. Zuvor produzierte sie Programme für BBC Current Affairs und verfügt über einen Doktortitel in Forschung. @AngeliMehta