Neuer Katalysator verwandelt Plastikmüll mit 82 Prozent Ausbeute in Kerosin

Ein Forschungsteam der Shanghai Advanced Research Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Fudan-Universität hat ein Verfahren entwickelt, das Plastikmüll direkt in Kerosin-Komponenten verwandelt. Im Zentrum steht ein neuer Katalysator aus Nickel und Kobalt, der unter vergleichsweise milden Bedingungen eine Flüssigausbeute von 82,3 Prozent erreicht. Davon entfallen 79 Prozent auf C8-bis-C16-Alkane, also genau jene Kohlenwasserstoffe, aus denen Flugzeugtreibstoff besteht. Weltweit arbeiten Forschungsgruppen an Wegen, ausgedientes Plastik in nutzbaren Treibstoff zurückzuverwandeln. Der chinesische Ansatz sticht dabei durch seine niedrigen Kosten und die vergleichsweise sanften Reaktionsbedingungen hervor.

Warum Polyolefine bisher als Problemfall galten

Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen machen mehr als sechzig Prozent des weltweiten Plastikmülls aus. Sie stecken in Einkaufstüten, Shampooflaschen und unzähligen Verpackungen. Chemisch bestehen sie wie Kerosin aus langen Ketten von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, die ursprünglich aus Erdöl stammen. Genau diese Stabilität macht sie so schwer abbaubar. Bisherige chemische Verfahren brachen bevorzugt die endständigen Bindungen der Molekülketten auf, wodurch überwiegend Methan und andere Gase entstanden statt der gewünschten Flüssigprodukte. Im Grunde ist die Umwandlung von Plastik in Treibstoff eine Art Rückbau. Hitze und ein passender Katalysator zerlegen die langen Polymerketten wieder in kurze, verwertbare Moleküle, die den ursprünglichen Erdölfraktionen ähneln.

Kobalt schärft die Wirkung von Nickel

Die Forscher:innen lösten dieses Problem mit einem Katalysator, bei dem Kobalt den elektronischen Zustand von Nickel gezielt verändert. Dadurch aktiviert das Metallpaar Wasserstoff effizienter und spaltet gezielt die inneren Kohlenstoffbindungen der Plastikketten, statt sie an den Enden zu zerlegen. Die Reaktion läuft bei rund 280 Grad Celsius und einem Wasserstoffdruck von drei Megapascal ab, deutlich moderatere Bedingungen als bei vielen konkurrierenden Ansätzen. Frühere Verfahren setzten oft auf teure Edelmetalle wie Platin oder Ruthenium. Nickel und Kobalt sind dagegen weit verbreitete und günstige Elemente, was die Technologie für eine spätere industrielle Anwendung attraktiver macht. Das Zusammenspiel der beiden Metalle sorgt zudem dafür, dass die Molekülketten gezielt in den mittleren Größenbereich zerschnitten werden. Die überschießende Fragmentierung zu Gas, das Grundproblem älterer Verfahren, unterbleibt dadurch weitgehend.

Deutliches Potenzial für den Klimaschutz

Eine begleitende Lebenszyklusanalyse zeigt, dass sich die Treibhausgasemissionen um bis zu achtzig Prozent senken lassen, sofern der Prozess mit erneuerbarer Energie betrieben wird. Angesichts einer weltweiten Plastikproduktion von mehr als 460 Millionen Tonnen pro Jahr wäre das ein erheblicher Hebel. Gleichzeitig bleibt Rohstoffabfall im Kreislauf, statt auf Deponien zu landen oder verbrannt zu werden. Herkömmliche Entsorgungswege wie Verbrennung und Deponierung verursachen Schadstoffe und verschwenden wertvolle Kohlenwasserstoffe, die sich stattdessen erneut nutzen ließen.

Der Weg von der Laborflasche zur Industrieanlage

Bis zur kommerziellen Nutzung ist es noch ein weiter Weg. Was im Laborkolben zuverlässig funktioniert, stellt Ingenieur:innen in großtechnischen Reaktoren vor neue Herausforderungen. Realer Plastikmüll ist zudem verunreinigt, und diese Verunreinigungen können den empfindlichen Katalysator schnell vergiften. Die Forscher:innen betonen deshalb, dass robuste Vorbehandlungssysteme entscheidend werden. International ist die Branche noch in der Pilotphase: Clean Planet Technologies hat in Kent im Vereinigten Königreich die weltweit erste Anlage eröffnet, die Plastikmüll gezielt in nachhaltigen Flugzeugtreibstoff umwandelt. Bis Passagierflugzeuge routinemäßig mit Treibstoff aus Einkaufstüten fliegen, braucht es aber noch erhebliche technische Weiterentwicklung.

via InterestingEngineering