Hartshorn-Salz und „Backen“ könnten ein ernstes Umweltproblem lösen, glauben Wissenschaftler

4. August 2023

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von der Universität Kopenhagen

Polyester ist das am zweithäufigsten verwendete Textilmaterial der Welt und stellt eine Gefahr für die Umwelt dar, insbesondere weil der Großteil davon nie recycelt wird. Der Stoff, eine Mischung aus Kunststoff und Baumwolle, war für die Industrie schwer zu trennen und daher zu recyceln.

Jetzt hat eine Gruppe von Chemikern der Universität Kopenhagen eine umweltfreundliche und überraschend einfache Lösung erfunden, die eine einzige Haushaltszutat verwendet. Die Studie wurde in der Zeitschrift ACS Sustainable Chemistry & Engineering veröffentlicht.

Von Kleidung über Sofas bis hin zu Vorhängen dominiert Polyester unseren Alltag. Jährlich werden unglaubliche 60 Millionen Tonnen dieses beliebten Stoffes produziert. Allerdings belastet die Polyesterproduktion das Klima und die Umwelt, da nur 15 % davon recycelt werden, während der Rest auf Mülldeponien landet oder verbrannt wird, was zu einem höheren CO2-Ausstoß führt.

Das Recycling von Polyester stellt eine große Herausforderung dar, insbesondere bei der Trennung der Kunststoff- und Baumwollfasern, aus denen das Mischgewebe besteht, ohne dabei eine der Fasern zu verlieren. Herkömmliche Recyclingmethoden legen oft Wert auf den Erhalt der Kunststoffkomponente, was zu einem Verlust an Baumwollfasern führt. Darüber hinaus sind diese Methoden kostspielig und komplex und erzeugen aufgrund der Verwendung von Metallkatalysatoren Metallabfälle, die zytotoxisch sein und den Prozess kontaminieren können.

In einem bemerkenswerten Durchbruch hat eine Gruppe junger Chemiker eine überraschend einfache Lösung für dieses dringende Problem vorgestellt, die möglicherweise die Nachhaltigkeit der Textilindustrie revolutioniert.

„Die Textilindustrie benötigt dringend eine bessere Lösung für den Umgang mit Mischgeweben wie Polyester/Baumwolle. Derzeit gibt es nur sehr wenige praktische Methoden, mit denen sowohl Baumwolle als auch Kunststoff recycelt werden können – typischerweise handelt es sich um ein Entweder-oder-Szenario“, sagt Postdoktorand Yang Yang vom Jiwoong Lee-Gruppe am Fachbereich Chemie der Universität Kopenhagen, der als Hauptautor des wissenschaftlichen Forschungsartikels fungiert.

„Mit unserer neu entdeckten Technik können wir jedoch Polyester in seine Monomere depolymerisieren und gleichzeitig Baumwolle in einer Größenordnung von Hunderten von Gramm zurückgewinnen, und zwar mithilfe eines unglaublich einfachen und umweltfreundlichen Ansatzes. Diese spurenlose katalytische Methode könnte bahnbrechend sein.“

Die neue Methode erfordert keine spezielle Ausrüstung – nur Hitze, ein ungiftiges Lösungsmittel und eine gewöhnliche Haushaltszutat.

„Wir können zum Beispiel ein Polyesterkleid nehmen, es in kleine Stücke schneiden und in einen Behälter legen. Dann fügen wir etwas mildes Lösungsmittel hinzu und anschließend Hirschhornsalz, das vielen Menschen als Treibmittel in Backwaren bekannt ist.“ Anschließend erhitzen wir alles auf 160° Celsius und lassen es 24 Stunden lang stehen. Das Ergebnis ist eine Flüssigkeit, in der sich die Kunststoff- und Baumwollfasern in unterschiedlichen Schichten ablagern. Das ist ein einfacher und kostengünstiger Prozess“, erklärt Shriaya Sharma, ein Doktorand Student der Jiwoong Lee-Gruppe am Fachbereich Chemie und Co-Autor der Studie.

Dabei wird das Hirschhornsalz, auch Ammoniumbicarbonat genannt, in Ammoniak, CO2 und Wasser zerlegt. Die Kombination aus Ammoniak und CO2 wirkt als Katalysator und löst eine selektive Depolymerisationsreaktion aus, die den Polyester zersetzt und gleichzeitig die Baumwollfasern konserviert. Obwohl Ammoniak isoliert giftig ist, wird es in Kombination mit CO2 sowohl umweltfreundlich als auch sicher in der Anwendung. Aufgrund der milden Natur der beteiligten Chemikalien bleiben die Baumwollfasern intakt und in ausgezeichnetem Zustand.

Zuvor hatte dieselbe Forschungsgruppe gezeigt, dass CO2 als Katalysator unter anderem für den spurlosen Abbau von Nylon dienen kann. Diese Entdeckung inspirierte sie dazu, die Verwendung von Hirschhornsalz zu erforschen. Dennoch waren die Forscher angenehm überrascht, als ihr einfaches Rezept erfolgreiche Ergebnisse lieferte.

„Zuerst waren wir begeistert, dass es allein bei den PET-Flaschen so gut funktioniert. Als wir dann entdeckten, dass es auch bei Polyestergewebe funktioniert, waren wir einfach nur begeistert. Es war unbeschreiblich. Dass es so einfach durchzuführen war.“ „fast zu schön, um wahr zu sein“, sagt Carlo Di Bernardo, Doktorand und Co-Autor der Studie.

Obwohl die Methode bisher nur im Labor getestet wurde, verweisen die Forscher auf ihre Skalierbarkeit und stehen nun in Kontakt mit Unternehmen, um die Methode im industriellen Maßstab zu testen.

„Wir hoffen, diese Technologie, die ein so großes Potenzial birgt, kommerzialisieren zu können. Dieses Wissen hinter den Mauern der Universität zu behalten, wäre eine große Verschwendung“, schließt Yang Yang.

Mehr Informationen: Yang Yang et al., Catalytic Fabric Recycling: Glycolysis of Blended PET with Carbon Dioxide and Ammonia, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2023). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c03114

Zur Verfügung gestellt von der Universität Kopenhagen