Experimentalvortrag Oliver Strauch WS 07/08 Kunststoffrecycling Experimentalvortrag Oliver Strauch WS 07/08

Gliederung Einleitung Recycling Kunststoffabfall Werkstoff - Recycling Rohstoff - Recycling Energetische Verwertung Fazit Schulische Relevanz

1. Einleitung Warum Recycling? Ressourcen sind begrenzt Rohstoffe werden teurer Umweltschutz ……

…. 1. Einleitung Wohin mit dem ganzen Müll?

2. Entwicklung des Recycling 1970 fürchtete man im eigenen Abfall zu ersticken Deponien sicherer und Verbrennungsanlagen sauberer Abfälle sind Wertstoffe Ressourcenschonung durch Abfallverwertung Müll vermeiden, wenn nicht möglich, ihn verwerten und erst wenn verwerten nicht möglich ist, ihn deponieren

Produktverantwortung 2. Recycling Wenig Produktionsabfälle und umweltverträgliche Verwertung bzw. Beseitigung der Reststoffe Produktverantwortung erstmals 1991 in der Verpackungsverordnung Rücknahmepflicht für gebrauchte Verpackungen.

Duales System Deutschland 2. Recycling Heutige DSD entstand aus dem 1990 gegründeten grünen Punkt Gegründet um Hersteller und Vertreiber bei Erfüllung der Verwertungspflicht zu entlasten

Verpackungsverordnung ´98 2. Recycling 60 % der Altkunststoffe sind zu verwerten davon 60 % werkstofflich, also 36 % der gesamten Altkunststoffe Energetische Verwertung wird zugelassen

3. Kunststoffabfälle

Kunststoffabfälle 2003 3. Kunststoffabfälle In Deutschland 4,01 Mio. Tonnen Kunststoffabfälle Davon wurden fast 60 % verwertet

Kunststoffabfälle Produktionsabfälle Siedlungsabfälle Angüsse…. Siedlungsabfälle Verpackungen von Lebensmittel… Transportverpackungen Kühlschrankverpackungen… Werkstoffabfälle Computergehäuse, Autokunststoffteile…

3. Kunststoffabfälle Sammeln und Sortieren Grundsätzlich alle Altkunststoffe sortenrein sammeln zu teuer Sammelstellen für Styropor, Transportverpackungen, Fensterrahmen… Kleinteilige Kunststoffverpackungen aus dem Hausmüll werden gemischt gesammelt

Mischfraktion Windsichten / Sieben Zerkleinern Sortieren 3. Kunststoffabfälle Mischfraktion Windsichten / Sieben Zerkleinern Sortieren

Demo 1 Windsichter

Windsichter Prinzip: „Spreu vom Weizen trennen“ Demo 1 3.Kunststoffabfälle Prinzip: „Spreu vom Weizen trennen“ Folien und Fraktionen geringer Dichte werden abgetrennt Verbraucht kein Wasser Nur sehr begrenzt einsetzbar

Demo 2 Schwimm-Sink- Verfahren

Schwimm-Sink-Verfahren Demo 2 3. Kunststoffabfälle Schwimm-Sink-Verfahren Kunststoff Dichte  [g/cm3] Polypropylen PP 0,90 - 091 Polyethylen PE 0,91 – 0,95 Polystyrol PS 1,05 Polycarbonat PC 1,19 – 1,24 Polyethylenterephthalat PET 1,37

Versuch 1 SD Verfahren

Versuch 1 3. Kunststoffabfälle SD steht für „selective dissolution“ : Selektives Auflösen Mit Xylol als Lösungsmittel können PE, PS, PP, PET und PVC getrennt werden Temperatur wird schrittweise erhöht Sehr sauberes Kunststoffpulver wird erhalten ~ 160 °C PVC ~ 145 °C PET ~ 125 °C PP ~ 110 °C PE ~ 20 °C PS

4.Werkstoff - Recycling

Werkstoff - Recycling Physikalisches Recycling Umschmelzen von Altkunststoffen zu neuen Formteilen Benötigt sortenreine und saubere Altkunststoffe Gute Anwendungsmöglichkeiten bei Produktions-, Verarbeitungsabfällen, Transportverpackungen, Landschaftsfolien…

Versuch 2 Polystyrol lösen und wieder aufschäumen

Versuch 2 4. Werkstoff - Recycling Polystyrol ist unpolar und bei Essigsäureethylester überwiegt der unpolare Teil „Ähnliches löst in Ähnlichem“ Polymerstruktur bleibt erhalten

Versuch 2 4. Werkstoff - Recycling Pentan ist ein schlechtes Lösungsmittel für Polystyrol Pentan kann das Zusammenlagern der Polymere nicht verhindern, Polystyrol fällt aus Eingelagertes Pentan verdampft und bläht die Poren auf Man erhält wieder eine Schaumstruktur Styropor 200fach vergrößert

Demo 3 Umschmelzen

Versuch 3 PE aus Tetrapack

Versuch 3 4. Werkstoff - Recycling Polyethylen ist sehr beständig gegen Wasser, Säuren und Laugen Tetrapack ist ein Verbundstoff aus Papier, Aluminium und Farbstoff

Versuch 3 4. Werkstoff - Recycling Polyethylen und Tert.-butylbenzol sind beide unpolar „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“ Bei Ethanol überwiegt der polare Teil des Moleküls Polyethylen löst sich nicht in Ethanol und fällt aus

Nachteile Schwierig sind gemischte Altkunststoffe 4. Werkstoff - Recycling Nachteile Schwierig sind gemischte Altkunststoffe PVC zersetzt sich, bevor PP seine Erweichungstemp. erreicht hat. Gemeinsames Verarbeiten unmöglich Downcycling (Eigenschaftsverschlechterung) Sammeln, Sortieren und Reinigen sind sehr kostenintensiv Aufwand übersteigt den erzielbaren Nutzen

5. Rohstoff - Recycling

Rohstoff - Recycling Chemisches Recycling Altkunststoffe werden in Ausgangssubstanzen oder in chemische/petrochemische Rohstoffe gespalten Können wieder zu Herstellung von Kunststoffen oder anderer Produkte verwendet werden

Verfahren 5. Rohstoff - Recycling Solvolyse

5. Rohstoff - Recycling

5. Rohstoff - Recycling

Hydrierung Die Altkunststoffe werden bei 400 °C abgebaut 5. Rohstoff - Recycling Hydrierung Die Altkunststoffe werden bei 400 °C abgebaut Hydrierung der Abbauprodukte bei 300 bar Man erhält flüssige, gesättigte Kohlenwasserstoffe

Versuch 4 Pyrolyse

Pyrolyse Mit hoher Temperatur werden C-H und C-C Bindungen gespalten Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling Mit hoher Temperatur werden C-H und C-C Bindungen gespalten Bei Pyrolyse von PE/PP/PS, entstehen Alkane, Alkine und Aromaten Verhältnis Gas : Öl ≈ 1:1 Katalysatoren senken Pyrolysetemperatur auf 500 °C

Reaktionsabläufe am Beispiel PE Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling Reaktionsabläufe am Beispiel PE

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling

Versuch 4 5. Rohstoff - Recycling

Versuch 5 Eisenherstellung

Hochofen Altkunststoffe ersetzen Teil des Schweröls Versuch 5 5. Rohstoff - Recycling Altkunststoffe ersetzen Teil des Schweröls Vermischte, verschmutze Altkunststoffe werden verwertet Nachteil: PVC muss aussortiert werden

Reaktionen im Hochofen Versuch 5 5. Rohstoff - Recycling Reaktionen im Hochofen

Versuch 5 5. Rohstoff - Recycling

Vorteile Produkte unterliegen keinen Anwendungsbeschränkungen 5. Rohstoff - Recycling Vorteile Produkte unterliegen keinen Anwendungsbeschränkungen Gemischte Kunststoffe können genutzt werden Sortieren und Reinigen entfällt

6. Energetische Verwertung

Energetische Verwertung Verbrennung von Kunststoffen Kunststoffe haben gleichen Heizwert wie Erdöl Altkunststoffe werden energetisch verwertet In Müllverbrennungsanlagen Bei der Zementherstellung In Heizkraftwerken

Vorteile / Nachteile Kein Reinigen und Sortieren nötig Umwelt- oder arbeitshygienisch bedenkliche Altkunststoffe werden verwertet Kunststoffe mit engem Verbund zu anderen Materialien werden verwertet Giftige Gase Hohe Kosten für Abgasreinigung

PVC 6. Energetische Verwertung Kein anderer Kunststoff lässt sich so gut verarbeiten und ist so vielseitig anwendbar wie PVC PVC wirft erhebliche Entsorgungsprobleme auf

Versuch 6 Verbrennen von PVC

Zersetzen von PVC: Eliminierung Versuch 6 6. Energetische Verwertung Zersetzen von PVC: Eliminierung

Verbrennen von PVC: Nachweis von HCl: Versuch 6 6. Energetische Verwertung Verbrennen von PVC: Nachweis von HCl:

Energetische Verwertung ist ökologisch und ökonomisch unverzichtbar Für nicht recyclbare Altkunststoffe ist die Verbrennung unter Nutzung des Energiegehalts der einzig vernünftige Verwertungsweg

7. Fazit 7. Fazit Grundsätzlich existiert heute für jeden Altkunststoff ein geeignetes Verwertungsverfahren

Aber… Finden die Rezyklate einen Markt? Vorkommen der Altkunststoffe? 7. Fazit Finden die Rezyklate einen Markt? Vorkommen der Altkunststoffe? Steht den hohen Kosten ein entsprechender Umweltnutzen entgegen? Werden die politischen Regeln erfüllt?

8. Schulrelevanz Aktuelles und politisch wichtiges Thema Praxisnah Umweltschutz / Klimaschutz Fächerübergreifende Zusammenhänge Chemie/Powi (Wie reagiert die Wirtschaft auf Gesetze der Politik)

Hessischer Lehrplan G8 7G.1: Mülltrennung 8. Schulrelevanz Hessischer Lehrplan G8 7G.1: Mülltrennung GK11.1/LK11.1: Kunststoffabfälle, Pyrolyse GK11.2/LK11.2: Kunststoffe, Umweltprobleme bei der Herstellung und Entsorgung

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Eisenreduktion Direkte Reduktion

Eisenreduktion

"Seveso"-Dioxin 1976 Chemieunfall in Seveso Überhitzung bei Herstellung von Trichlorphenol 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo[1,4]dioxin (TCDD) freigesetzt 10 000 mal gifitger als Zyankali