Die weltweite Kunststoffverschmutzung stellt eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar. Besonders problematisch sind duroplastische Kunststoffe, die aufgrund ihrer unveränderlichen, stark vernetzten Struktur nach dem Aushärten extrem schwer zu recyceln sind. Diese Kunststoffe finden breite Anwendung in der Automobil- und Elektronikindustrie, da sie hohe Hitze- und Chemikalienbeständigkeit bieten. Gleichzeitig führen diese Eigenschaften jedoch dazu, dass herkömmliche Recyclingverfahren an ihre Grenzen stoßen, was meist in Deponierung oder Verbrennung endet.
Beides hat erhebliche negative Auswirkungen auf die Umwelt, sei es durch langfristige Schadstofffreisetzungen oder klimaschädliche Emissionen. In diesem Kontext hat ein Forscherteam des Korea Institute of Energy Research (KIER) unter der Leitung von Dr. Chong-Pyo Cho eine innovative und effiziente Methode zur Umwandlung von duroplastischem Kunststoffabfall in Wasserstoff entwickelt, die neue Perspektiven für die Kunststoffabfallwirtschaft eröffnet. Die technologische Revolution basiert auf einem kontinuierlichen oxy-fuel Verbrennungsprozess, der speziell für die Umwandlung gemischter duroplastischer Abfälle ausgelegt ist. Traditionelle Gasifizierungsverfahren operieren oft bei zu niedrigen Temperaturen, was zur Bildung unerwünschter Nebenprodukte wie Teer führt, der die Prozessanlagen mechanisch belastet und zu Ineffizienzen führt.
Teer ist besonders problematisch, da er eine hohe Viskosität besitzt und sich in den Leitungen ablagert, was einen kontinuierlichen Betrieb erschwert und zusätzliche Reinigungskosten verursacht. Die Forschungsgruppe hat es geschafft, durch präzise Steuerung der Verbrennungsbedingungen und mittels einer regenerativen Schmelzofenanlage Temperaturen von bis zu 1300 Grad Celsius zu erreichen. Diese hohen Temperaturen bewirken eine nahezu vollständige Zersetzung des Ters und anderer organischer Rückstände, wodurch das Gasgemisch wesentlich reiner wird und sich ideal für die Wasserstoffproduktion eignet. Ein zentraler Aspekt bei der Optimierung des Prozesses war die Entfernung von Stickstoff aus der Luftzufuhr durch die oxy-fuel Steuerung. Da Stickstoff als Hauptbestandteil der Luft thermisch inert ist, absorbiert er Wärme und senkt die Effizienz der Verbrennung.
Durch das Einsetzen von reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel konnte der Wärmeverlust reduziert und eine sehr hohe Temperatur aufrechterhalten werden. Dieses Vorgehen verlängert nicht nur die Lebensdauer der Anlagenkomponenten durch geringere Temperaturgradienten, sondern verkürzt gleichzeitig die Verweilzeit von Schadstoffvorläufern, was zu einer signifikanten Reduktion der Teerbildung führt. Die implementierte Technik des kontinuierlichen Betriebs stellt sicher, dass die Speisung von Abfällen, deren Vorbehandlung, die eigentliche Gasifizierung sowie die Gewinnung von Synthesegas nahtlos ineinander übergehen. Diese durchgängige Prozessführung ist ein bedeutender Fortschritt gegenüber diskontinuierlichen Verfahren, die mit häufigen Stillständen und Wartungsarbeiten verbunden sind. Die Pilotanlage in Yongin demonstrierte die Praxistauglichkeit durch die Verarbeitung von bis zu einer Tonne duroplastischen Kunststoffabfalls pro Tag und erzielte dabei eine Wasserstoffausbeute von 0,13 Kilogramm pro Kilogramm eingesetztem Abfall.
Diese Kennzahlen legen den Grundstein für eine großindustrielle Umsetzung und machen das Verfahren wirtschaftlich attraktiv. Das moderne Verfahren kommt nicht nur der Abfallreduzierung zugute, sondern trägt auch aktiv zur Energiewende bei. Wasserstoff gilt als saubere Energiequelle mit Potenzial zur Dekarbonisierung von Verkehr, Industrie und Stromerzeugung. Die Möglichkeit, schwer recycelbare Kunststoffe als Rohstoffbasis für grünen Wasserstoff zu nutzen, erschließt zusätzliche Ressourcen, die bislang als nutzlos galten und oft umweltschädlich entsorgt wurden. Dies fördert nicht nur die Kreislaufwirtschaft, sondern mindert auch die Abhängigkeit von fossilen Energierohstoffen.
Ein weiterer Erfolg der Forschung liegt in der Patentierung der Technologie. Das KIER-Team hat national drei und international eine Patentanmeldung eingereicht, was die Innovationskraft und das wirtschaftliche Potenzial des Verfahrens unterstreicht. Dadurch können kommerzielle Partner und Investoren angesprochen werden, um die Technologie weiter zu skalieren und auf größere Anlagen mit Kapazitäten von zwei Tonnen oder mehr pro Tag zu übertragen. Dieses Wachstumspotenzial könnte zu einer nachhaltigen Industrienutzung führen und damit auch das Profil Südkoreas als Vorreiter im Bereich der Energieforschung stärken. Neben den technologischen Fortschritten ist auch die ökonomische Perspektive vielversprechend.
Der globale Markt für Kunststoffrecycling wird derzeit auf etwa 100 Billionen koreanische Won geschätzt und soll mit einer jährlichen Wachstumsrate von über 8 Prozent auf fast 173 Billionen Won bis 2030 steigen. Diese Marktentwicklung zeigt, dass effiziente Lösungen für die Verarbeitung von Kunststoffabfällen nicht nur ökologisch sinnvoll, sondern auch wirtschaftlich lukrativ sind. Insbesondere für duroplastische Kunststoffe, deren Recycling bisher nur sehr eingeschränkt möglich war, bietet das neue Gasifizierungsverfahren eine profitable Nische. Mit Blick auf die Ökobilanz und Nachhaltigkeit ist das Verfahren überlegen gegenüber bisher eingesetzten Methoden zur Behandlung von duroplastischen Abfällen. Die Ablagerung dieser Materialien auf Deponien führt zu langfristiger Kontamination und Ressourceneinbußen, da wertvolle Kohlenstoff- und Wasserstoffanteile nicht rückgewonnen werden.
Die Verbrennung setzt zudem oft umweltschädliche Emissionen frei, die reguliert werden müssen. Das oxy-fuel Gasifizierungsverfahren ermöglicht stattdessen die Umwandlung in einen nutzbaren Energieträger mit minimalen Nebenprodukten, da die Schadstoffbildung durch die hohen Temperaturen und die Abwesenheit von Stickstoff deutlich reduziert wird. Zukünftige Forschung wird sich auf die Skalierung, Prozessoptimierung und Integration in bestehende industrielle Ökosysteme fokussieren. Herausforderungen bestehen noch in der Handhabung unterschiedlicher Kunststoffzusammensetzungen und der Sicherstellung eines stabilen, kontinuierlichen Betriebs über lange Zeiträume. Zudem sind Betrachtungen zur Wirtschaftlichkeit in Abhängigkeit von regionalen Rohstoffverfügbarkeiten und Energiepreisen notwendig.
Dennoch stellt die Innovation des KIER-Teams einen bedeutendem Schritt dar, um den Kunststoffkreislauf effizienter und nachhaltiger zu gestalten. Die Verwandlung von schwer recycelbaren duroplastischen Abfällen in wertvollen Wasserstoff ist ein Meilenstein auf dem Weg zu einer nachhaltigen und zirkulären Kunststoffwirtschaft. Sie verbindet Umwelt- und Klimaschutz durch die Verringerung von Plastikmüll und Treibhausgasemissionen mit dem Aufbau einer klimafreundlichen Energieinfrastruktur. Mit dieser Pionierarbeit wurde eine Brücke zwischen Abfallmanagement und erneuerbarer Energieversorgung gebaut, die weltweit als Vorbild dienen kann.
