Ing. Lubomír Zeman: Nachhaltige Entwicklung und Kunststoffrecycling, 4. Teil

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13. CHEMISCHES RECYCLING VON POLYESTERN ZU MONOMEREN – CHEMISCHES RECYCLING VON PET ( Polyethylenterephthalat )

Polyester sind  Polymere, die aus Monomeren mit funktionellen Estergruppen bestehen. Der am weitesten verbreitete Stoff dieser Gruppe ist PET, dessen kommerzielle Nutzung ein breites Spektrum von Industriezweigen abdeckt, von Textilfasern bis hin zum Material für Getränkeflaschen. Im Jahr 2021 erreichte der weltweite PET-Verbrauch 89,3 Millionen Tonnen. Es ist der weltweit am vierthäufigsten verwendete  Kunststoff nach PE, PP und PVC. Aus der Zahl für den weltweiten PET-Verbrauch geht hervor, dass auch die Abfallmenge keineswegs gering sein wird, sondern im Gegenteil. Hier werde ich versuchen, die untersuchten Ansätze zum chemischen Recycling von PET zusammenzufassen: aerobe Oxidation, Hydrolyse, Alkoholyse, Glykolyse, Aminolyse, Hydrogenolyse und enzymatische Depolymerisation.

Aerobe Oxidation ( aerob = Sauerstoff benötigend ) - PET wird in Gegenwart von Sauerstoff und gegebenenfalls eines Katalysators auf hohe Temperaturen erhitzt.

Hydrolyse – die hydrolytische Depolymerisation von PET umfasst eine Reaktion in wässriger Lösung, die sowohl alkalisch als auch neutral oder sauer sein kann.

Alkoholyse – die Depolymerisation von PET erfolgt in Gegenwart von Alkoholen, meist Methanol und Ethanol.

Methanolyse ( Methanol, Methylalkohol, ist der einfachste aliphatische Alkohol ). Bei der Methanolyse von PET entsteht Dimethylterephthalat, DMT, das direkt bei der Umesterungspolymerisation zur Herstellung von PET eingesetzt werden kann. Ein Nachteil dieses Verfahrens zum Recycling von Post-Consumer-PET sind die hohen Kosten für die Trennung und Reinigung der Gemische aus Glykolen, Alkoholen und Phthalatderivaten, die bei der Reaktion entstehen, die bei Temperaturen von 180 °C bis 280 °C und Drücken von 20 bar bis 40 bar abläuft.

Ethanolyse ( Ethanol, Ethylalkohol, ist der zweitniedrigste Alkohol ). Die Ethanolyse ähnelt in vielerlei Hinsicht der Methanolyse; das Ergebnis ist Diethylterephthalat, DET.

Glykolyse ( Glykole – Diole sind chemische Verbindungen mit zwei Hydroxylgruppen ( -OH )) ist einer der am intensivsten untersuchten Wege der chemischen Depolymerisation von PET. Sie umfasst die Umesterung von PET mit einem Überschuss an Glykol unter Bildung des entsprechenden Esters ( Bis-2-hydroxyethylterephthalat ). Ohne Katalysatoren erfordert die Glykolyse von PET Temperaturen von 200 °C bis 240 °C und Drücke von 2 bar bis 6 bar, wobei die Monomerausbeute nicht hoch ist. Daher wird der Einsatz verschiedener Arten von Katalysatoren untersucht. Neben dem Einsatz verschiedener Katalysatoren wird auch die Mikrowellenbestrahlung erprobt, mit dem Ziel, die konventionelle Erwärmung des Abfalls zu verringern.    

Aminolyse ( die Aminolyse ist eine chemische Reaktion, bei der ein Molekül infolge einer Reaktion mit Ammoniak, Salmiakgeist oder einem Amin in zwei Teile zerfällt ). Bei der Aminolyse wird PET in Gegenwart von Aminen depolymerisiert, wobei Terephthalamide entstehen. Das Verfahren ist aufgrund der stärkeren Aminbindungen, die in den Produkten gebildet werden, thermodynamisch günstiger als die Alkoholyse oder Glykolyse. Um die quantitative Depolymerisation zu steigern und den Energiebedarf des Verfahrens zu senken, wird Mikrowellenbestrahlung eingesetzt.

Bei anorganischen wie auch organischen Reaktionen wurde nachgewiesen, dass sich einige spezifische Eigenschaften der Mikrowellenerwärmung vorteilhaft nutzen lassen, die bei konventionellen Verfahren zur Durchführung von Reaktionen nicht möglich sind. Wenn beispielsweise eine Komponente in der festen Phase Mikrowellen absorbiert, lässt sich diese Eigenschaft für eine sehr schnelle und homogene Erwärmung des Reaktionsgemisches nutzen und ein Produkt nicht nur in kürzerer Zeit, sondern mitunter auch mit anderen Eigenschaften erhalten. Bei den meisten festen Materialien steigt die Mikrowellenabsorption mit der Temperatur, wodurch die Erwärmung noch effizienter wird.

Die Mikrowellenerwärmung ermöglicht nicht nur das schnelle Erreichen der Reaktionstemperatur im gesamten Volumen des Reaktionsgemisches, sondern auch, dass die Substrate oder Lösungsmittel selbst zur Erwärmung beitragen. Sind sie ausreichend polar, absorbieren sie Mikrowellenstrahlung, wobei Mikrowellenenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Mikrowellenstrahlung bewirkt nicht nur eine schnelle Erwärmung, sondern kann sogar zu einer Überhitzung des Reaktionsgemisches führen, was in vielen Fällen die Ursache für eine Beschleunigung der Reaktion ist.

13.1 Hydrogenolyse

Hydrogenolysen sind Reaktionen, bei denen Einfachbindungen zwischen Kohlenstoff und Kohlenstoff oder zwischen Kohlenstoff und einem Heteroatom durch die Einwirkung von Wasserstoff gespalten werden. Das Heteroatom ist meist Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel. Hydrogenolysen werden üblicherweise katalytisch mit gasförmigem Wasserstoff durchgeführt. Die Hydrogenolyse depolymerisiert PET reduktiv unter Wasserstoffdruck. Typischerweise entsteht 1,4-Benzoldimethanol, BDM. BDM ist eine Chemikalie, die zur Herstellung von thermoplastischen Elastomeren (TPE) auf Polylactidbasis, hochvernetzten Polymeren und sulfonierten aromatischen Harzen verwendet werden kann. Für die Depolymerisation werden üblicherweise metallorganische Katalysatoren eingesetzt.

13.2 Biokatalyse

Biokatalyse ( Biokatalysatoren sind Stoffe biologischen Ursprungs, die der Beschleunigung chemischer Reaktionen dienen; üblicherweise handelt es sich um Proteine mit katalytischer Aktivität, Enzyme ). Angesichts des allgegenwärtigen Vorkommens natürlicher estergebundener Verbindungen in der Natur, einschließlich Polymeren wie Cutin ( ein wachsartiges Polymer, das die Kutikula der Pflanzen bildet, die sie vor Sonnenstrahlung und übermäßiger Verdunstung schützt und eine Barriere gegen Krankheitserreger bildet ) und Suberin ( eine wachsähnliche Substanz, die Bestandteil der pflanzlichen Zellwand ist und das Eindringen von Wasser in pflanzliche Gewebe, Verbände von Zellen gemeinsamen Ursprungs mit gleichem Aufbau und gleicher Funktion, verhindert ), werden enzymatische Katalysatoren als weiteres Mittel zur Hydrolyse von PET untersucht. Biokatalytische Reaktionen haben den Vorteil, dass sie die Hydrolyse von PET bei niedriger Temperatur ( 30 °C bis 75 °C ) und Umgebungsdruck in wässrigen Lösungen ermöglichen.

Allgemein lässt sich feststellen, dass erste kommerzielle Anlagen für das chemische Recycling von PET entstehen. Das mechanische Recycling von PET ergänzt die Verfahren des chemischen Recyclings, wobei  beide Verfahren erforderlich sind, um einen hohen Grad an Kreislaufführung – Wiederverwendung – bei PET-Anwendungen zu erreichen. 

Die ausschließliche Anwendung des mechanischen Recyclings von PET erfordert eine hohe Reinheit des eingesetzten Abfallrohstoffs, während Rohstoffe für das chemische Recycling  farbige oder undurchsichtige PET-Kunststoffflaschen und Textilien auf Polyesterbasis enthalten können, die den beim mechanischen Recycling geforderten hohen Reinheitsstandards nicht entsprechen. Ein Vorteil ist die Möglichkeit, verunreinigte PET-Rohstoffe zur Herstellung reiner Monomere zu verarbeiten. Die Qualität des aus dem chemischen Recycling gewonnenen rPET ist höher als die von mechanisch recyceltem PET. Dadurch kann rPET ( recyceltes PET ) aus Anlagen für das chemische Recycling „unendlich“  recycelbar sein, während durch mechanisches Recycling hergestelltes rPET bei jedem Recyclingzyklus abgebaut wird.

Die derzeitigen kommerziellen Aktivitäten befinden sich mehr oder weniger im Stadium der Forschung und Entwicklung bis hin zum Pilotbetrieb. Hydrolyse, Methanolyse, Glykolyse und enzymatische Depolymerisation sind derzeit die primären Bereiche von kommerziellem Interesse, wobei das Ziel der genannten Recyclingverfahren darin besteht, PET-Kunststoffabfälle und Textilien in Monomere für die anschließende Repolymerisation zu rPET umzuwandeln, dessen physikalische und mechanische Eigenschaften mit denen der ursprünglichen Materialien übereinstimmen.

Die biologische  Spaltung von Kunststoffen durch Enzyme betrifft den Angriff der jeweiligen Mikroflora auf polymere Materialien, die mit Wasser nicht mischbar sind. Kunststoffe werden durch die enzymatische Aktivität der mikrobiellen Flora abgebaut, was eine Fragmentierung der Polymerkette in Monomere zur Folge hat.

Der Abbau wird durch die Aktivität von Enzymen verursacht, die von Mikroorganismen ausgeschieden werden, welche die Kohlenwasserstoffe in der Hauptkette des Polymers als ihre wichtigste Kohlenstoffquelle nutzen.

Der enzymatische Abbau von Kunststoffen erfolgt in zwei Schritten. Der erste Schritt ist die Zersetzung der Polymere in kleinere molekulare Verbindungen durch den Angriff auf die Hauptketten des Polymers mittels abiotischer ( Reaktionen unter Nutzung von Temperatur, Licht und pH ) oder biotischer Reaktionen ( biotische Faktoren sind lebende Organismen, die das Ökosystem beeinflussen ). Der zweite Schritt ist die Assimilation ( biologische Stoffumwandlung ) des abgebauten Polymers – Monomers, Dimers ( ein Molekül, das aus zwei kleineren Untereinheiten, Monomeren, besteht ) oder Oligomers ( ein Molekül, das aus zwei bis zehn Monomeren besteht ) mithilfe mikrobieller Stoffe und seine Mineralisierung unter Bildung von CO₂,H₂O und CH₄.

14. REAKTIVE EXTRUSION

Es handelt sich um eine weitere mögliche Strategie zur Verwertung von Thermoplastabfällen, bei der dem Abfall direkt im Extruder weitere chemische Gruppen zugesetzt werden, beispielsweise ein aromatischer Ring, ein Halogen, ein Carboxylat, eine ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung usw., die unter Anwendung chemischer Methoden reagieren, beispielsweise Oxidation, Halogenierung, Veresterung usw.

Die reaktive Extrusion ermöglicht die Herstellung funktioneller Thermoplaste, also von Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die resultierenden Produkte sind Polymere mit neuen Eigenschaften, flüssige Brennstoffe oder Wachse. Die Steuerung des reaktiven Extrusionsprozesses ist aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen Masse, Energie und Impuls in Verbindung mit der komplexen physikalisch-chemischen Umwandlung des Materials, die die thermomechanischen Eigenschaften des resultierenden Materials bestimmt, sehr anspruchsvoll.

Mit dem Begriff des funktionalisierten Thermoplasts sind Kunststofflegierungen eng verbunden. Die Eigenschaften von Kunststofflegierungen lassen sich zur Erfüllung ihrer funktionellen Anforderungen abstimmen, beispielsweise durch Zugabe weiterer Materialien, darunter etwa verstärkende faserförmige Füllstoffe. Kompatibilisierungsmittel in Thermoplastmischungen wirken als polymere Tenside, die die Oberflächenspannung senken und die Grenzflächenadhäsion ( Haftung, Bindung ) zwischen den Polymerphasen in Kunststofflegierungen fördern.

Sie ermöglichen die Verbindung zuvor nicht kombinierbarer Materialien zu einem Material mit definierten Eigenschaften.  Im Vergleich zu anderen Recyclingverfahren bietet das Legieren ( Verbinden verschiedener Kunststoffe und Füllstoffe  zu einer funktionellen Einheit ) die Vorteile kurzer Reaktionszeiten, eines lösungsmittelfreien Prozesses und niedriger Betriebskosten ( Extrusion ). 

15. SCHLUSSFOLGERUNGEN – AUSBLICK

Aufgrund des Verbrauchs und damit auch des Wachstums der Kunststoffproduktion nimmt auch das Aufkommen an Kunststoffabfällen einschließlich des Kunststoffanteils im TKO ( fester Siedlungsabfall ) ständig zu. Generell gilt, dass das Kunststoffrecycling nach wie vor weit hinter dem Stand zurückbleibt, der für eine Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe erforderlich wäre.

15.1 Sammlung und Sortierung von Kunststoffabfällen

Der erste  Schritt jedes Kunststoffrecyclings ist die Sammlung und Sortierung. In diesem Schritt gibt es viele Möglichkeiten, durch die Modernisierung der Recyclinginfrastruktur mehr Materialien zu erfassen, die sonst auf Deponien landen würden. Dies lässt sich beispielsweise durch eine Erhöhung der Zahl von Anlagen wie MRF oder durch eine Verbesserung der Effizienz  der Sortierung im Recyclingprozess mithilfe zusätzlicher optischer Sortierer erreichen. Dies bedeutet für bestehende MRF natürlich zusätzliche Investitionskosten. Aufklärung und Öffentlichkeitsarbeit zu allen Bereichen des Recyclings sind ebenfalls entscheidend, denn den Verbrauchern muss vermittelt werden, dass Recycling sowohl ökologische und soziale als auch wirtschaftliche Vorteile bringt.

Der Betrieb von  MRF bringt  eine Reihe von Problemen mit sich. Eines davon ist die personelle Besetzung der Aufbereitungslinien. Ein weiteres Problem ist die schwierige Planung, da sich die Mengen des eingehenden Abfallstroms nicht ausreichend vorhersagen lassen. Die zur Verarbeitung angenommene Materialmenge hängt sehr stark vom Kalender ab; jede Woche kann die Menge des angenommenen Materials beispielsweise in Abhängigkeit von Feiertagen im jeweiligen Zeitraum, Temperaturschwankungen usw. schwanken.

Nicht alle MRF sind in der Lage, sämtliche gesammelten Abfälle zu verarbeiten. Probleme bereiten  Ganzkörper-Schrumpfsleeve-Etiketten ( wärmeschrumpfende Schlauchetiketten mit Grafik ) auf PET-Flaschen und Aluminiumdosen. Ihr Vorhandensein im Abfallstrom beeinträchtigt die Recyclingfähigkeit zweier wichtiger Einnahmequellen der Aufbereitungslinien, nämlich PET und Aluminium. Zu weiteren problematischen Abfällen gehören Folien, flexible Verpackungen, zerkleinertes Papier und Verpackungen aus gemischten Materialarten ( beispielsweise Kunststoffflaschen mit Metallverschlüssen ).

15.2 Mechanisches Recycling von Kunststoffabfällen

Mechanisches Recycling funktioniert bei homogenen Kunststoffströmen sehr gut, von denen es jedoch nur sehr wenige gibt. Jede Verunreinigung und jeder weitere, andersartige Kunststoff mindern die Qualität des Produkts des mechanischen Recyclings.

Einige Kunststoffe, beispielsweise Polyethylen (PE) mit hoher und ultrahoher Molekülmasse ( UHMWPE – ultrahochmolekulares Polyethylen (PE) ), Duroplaste usw., können nicht mechanisch recycelt werden, da sie sich anschließend durch Erwärmen nicht in eine Schmelze überführen lassen. Auch mehrschichtige Kunststoffprodukte ( beispielsweise verschiedene Arten von Verpackungen für Flüssigkeiten ) lassen sich nicht mechanisch recyceln. Diese mehrschichtigen Verpackungsmaterialien weisen eine unterschiedliche Zusammensetzung der einzelnen Schichten auf, und die in den jeweiligen Schichten verwendeten Kunststoffe haben unterschiedliche Schmelztemperaturen, wobei diese Kunststoffe häufig nicht miteinander mischbar sind, sodass sie praktisch nicht recycelbar sind.

15.3 Pyrolyse, Verflüssigung und Vergasung von Kunststoffabfällen

Im Gegensatz zum mechanischen Recycling haben Pyrolyse, Verflüssigung und Vergasung den Vorteil, dass sich mit ihnen Kunststoffgemische verarbeiten lassen und sie leichter mit Verunreinigungen zurechtkommen.  Obwohl bei den genannten Recyclingtechnologien kontinuierliche Fortschritte erzielt werden, steht    die Kommerzialisierung der Kunststoffpyrolyse vor vielen bislang unbeantworteten Fragen, die sich nur durch weitere Forschung klären lassen.

Ein besseres Verständnis der komplexen Reaktionsmechanismen, die die katalytische Depolymerisation von Kunststoffen steuern, könnte neue Ansätze zur Intensivierung von Pyrolyseprozessen ermöglichen. Neue Erkenntnisse werden wichtig sein, um die ungünstige Kombination aus relativ langsamen chemischen Reaktionsgeschwindigkeiten und begrenztem Wärme- und Stofftransport zu überwinden, die viele Pyrolyseprozesse kennzeichnet.  Die Ansätze zur Umwandlung von Kunststoffpyrolyseölen in Chemikalien, Kunststoffe und Kraftstoffe müssen besser verstanden werden, da das Dampfcracken, die Pyrolyse ( Cracken eines Kohlenwasserstoffrohstoffs in Gegenwart von Wasserdampf unter Bildung von Wasserstoff, Olefinen, Kohlenstoffoxiden und hocharomatischen Produkten ) von Erdöl, mit eigenen Problemen verbunden ist. Die Verflüssigung ist eine weitere Technologie, die derzeit kommerzialisiert wird. Die Hauptprobleme der Verflüssigung sind die hohen Kosten im Zusammenhang mit der Anlagentechnik und den Betriebsbedingungen. Während Laborstudien zeigen, dass die Zusammensetzung der Rohstoffe und die Reaktionsbedingungen die Ausbeute und Qualität des Verflüssigungsprodukts stark beeinflussen, befassen sich weniger Studien mit den Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Kunststoffen. Auch Informationen über den Verbleib von Verunreinigungen und Schadstoffen bei der Verflüssigung fehlen. 

Die Vergasung fester Siedlungsabfälle weist ähnliche Herausforderungen und Chancen auf wie andere auf fossilen Brennstoffen basierende Vergasungstechnologien, insbesondere im Zusammenhang mit den hohen Investitionskosten der Vergasung. Die Umwandlung von Synthesegas in Wärme und Strom erzeugt Energie, die mit den sinkenden Kosten der Solar- und Windenergieerzeugung konkurriert, allerdings um den Preis mehrerer katalytischer Schritte – Methanolsynthese und Umwandlung von Methanol in Olefine. Die heterogene Zusammensetzung der Kunststoffabfallströme stellt eine weitere Herausforderung für den Betrieb und die Steuerung von Recyclinganlagen dar.

15.4 Lösungsbasierte Ansätze für Kunststoffabfälle

Lösungsbasierte Ansätze zum Kunststoffrecycling haben gegenüber anderen Recyclingtechnologien  einen gewissen Vorteil, da sie die ursprünglichen Harze liefern können. Entscheidend für die Durchführbarkeit des lösungsbasierten Kunststoffrecyclings bei einer bestimmten Art von Kunststoffabfällen ist die Auswahl des richtigen Lösungsmittels. In der Fachliteratur und in Patenten verschiedener Unternehmen sind  zahlreiche Lösungsmittelsysteme beschrieben, die für gängige Polymere geeignet sind. Betrachtet man jedoch komplexere Kunststoffabfälle, die aus mehreren Rohstoffen bestehen, müssen bereits fortgeschrittene thermodynamische Berechnungswerkzeuge eingesetzt werden, um lösungsmittelbasierte Verfahren schneller zu identifizieren.

Bei der Entwicklung lösungsbasierter Recyclingverfahren bleiben mehrere Herausforderungen bestehen, die untersucht werden müssen. Der Einsatz großer Lösungsmittelmengen birgt potenzielle Probleme im Zusammenhang mit Toxizität und Energieverbrauch. Zur Lösung dieser Probleme lassen sich Methoden zur Lösungsmittelauswahl auf Grundlage der Polymerlöslichkeit mit Verfahren der Lebenszyklusanalyse kombinieren, um so einen Kompromiss bei der Lösungsmittelauswahl zu erzielen. Ein weiteres Problem ist die Entfernung potenzieller Verunreinigungen ( beispielsweise restlicher Druckfarben oder zurückgehaltenen Lösungsmittels) aus den zurückgewonnenen Polymeren.

Die Auflösungskinetik ( Fachgebiet, das sich mit der Geschwindigkeit und den Mechanismen chemischer Reaktionen unter verschiedenen Bedingungen befasst ) könnte ebenfalls das lösungsmittelbasierte Recycling großer Mengen an Kunststoffabfällen behindern. Zur Erhöhung der Auflösungsgeschwindigkeit können die mechanische Zerkleinerung der Abfälle vor dem Auflösen und die Ergänzung um Technologien zur Entfernung von Verunreinigungen beitragen. Nicht zuletzt muss auch die Integration ( Verbindung, Verknüpfung ) lösungsbasierter Verfahren mit Verfahren des chemischen Recyclings in der Flüssigphase in den Blick genommen werden. Beispielsweise könnte die selektive Auflösung gemischter Kunststoffabfälle dazu dienen, die Zielpolymere vor ihrer chemischen Depolymerisation abzutrennen und damit Vorbehandlungsmethoden nachzubilden. bei der Umwandlung von Biomasse. In diesem Zusammenhang können Lösungsmittel so ausgewählt werden, dass sie sowohl die Polymerlöslichkeit als auch die gewünschten Reaktionsergebnisse fördern.

15.5 Ansätze zum chemischen Recycling von Polyestern und anderen Kunststoffen

Es entstehen neue Verfahren des chemischen Recyclings mit Schwerpunkt auf der Katalyse. PET lässt sich auf vielen verschiedenen Wegen depolymerisieren, wobei Chemikalien zur Herstellung von rPET oder anderen Massenprodukten entstehen  Bei der Hydrogenolyse von Kunststoffabfällen lässt sich die Produktverteilung durch Anpassung der Verweilzeit, des Massenverhältnisses von Katalysator zu Polymer, der Temperatur und des Wasserstoffdrucks, H_2, usw. einstellen.

Detaillierte Reaktionsmechanismen für die Hydrogenolyse von Kunststoffen werden untersucht, um Struktur-Funktions-Beziehungen auf molekularer/atomarer Ebene zu ermitteln, die neue Einblicke in die rationale Entwicklung neuer Katalysatoren, von Katalysatoren mit verbesserter Effizienz oder kostengünstigerer Katalysatoren ermöglichen.

Die Produkte der Hydrogenolyse sind vor allem Paraffine und leichte Gase. Ihre Rückumwandlung in Kunststoffe umfasst eine Dehydrierung mit anschließendem Steamcracken oder einer anderen Art der Verarbeitung. Die Kosten für Wasserstoff und die mit seiner Verwendung verbundenen Sicherheitsfragen sind die Hauptprobleme bei der Industrialisierung solcher Prozesse.

Verunreinigungen in Kunststoffabfällen führen höchstwahrscheinlich zu kontaminierten Produkten oder verringern die Effizienz der Katalysatoren. Die Entfernung von Verunreinigungen aus den Ausgangsrohstoffen – Kunststoffabfällen - erfordert erhebliche Anstrengungen bei der Sortierung und Vorbehandlung.

Die Entfernung von Verunreinigungen im Ausgangsrohstoff ist auch eine der Herausforderungen bei der mikrowellenunterstützten Umwandlung. Verunreinigungen, die Mikrowellenenergie absorbieren können, führen wahrscheinlich zu unterschiedlichen lokalen Temperaturen, was wiederum eine breite Produktverteilung zur Folge hat. Für die Entwicklung dieser Technik müssen genaue Parameter ( d. h. Mikrowellenleistung, Strahlungsintensität, magnetische Permeabilität usw. ) standardisiert werden. Bei der Maßstabsvergrößerung mikrowellenunterstützter Technologien für das Kunststoffrecycling müssen auch die Investitionskosten und die Energieeffizienz des Prozesses berücksichtigt werden.

Bei biokatalytischen Prozessen ist es wichtig, die Effizienz des Isolierungsverfahrens für mikrobielle Arten, die kunststoffabbauende Enzyme enthalten, zu standardisieren und zu verbessern, damit reine Zuchtkolonien dieser Mikroorganismen schnell untersucht werden können. Die Enzymproduktion aus reinen Kolonien lässt sich durch die Standardisierung des ersten Schritts steigern, wodurch die Gesamtleistung des biokatalytischen Kunststoffabbaus erhöht wird.

15.6 Chemisches Recycling und seine Bewertung

Chemisches Recycling wird insbesondere von der Erdöl- und petrochemischen Industrie als Lösung für das Problem  des Kunststoffrecyclings und damit der Umweltverschmutzung durch Kunststoffabfälle propagiert. In der realen Welt des Kunststoffrecyclings haben insbesondere umweltorientierte Menschen zahlreiche Einwände gegen eine solche Lösung und behaupten, dass es sich nicht um eine Recyclinglösung, sondern eher um ein Ablenkungsmanöver handelt. Ihre Überzeugung wird durch eine 2022 veröffentlichte Studie der Globalen Allianz für Alternativen zur Müllverbrennung ( GAIA ) mit dem Titel Chemisches Recycling: Stand, Nachhaltigkeit und Umweltauswirkungen gestützt.

Die in der Studie angeführten Schlussfolgerungen – chemisches Recycling ist keine praktisch nutzbare Lösung für das Problem der Kunststoffabfälle. Es weist viele technische, wirtschaftliche und ökologische Probleme auf und ist von echtem Recycling weit entfernt:

- durch chemisches Recycling werden toxische Stoffe in die Umwelt freigesetzt – Kunststoffe enthalten eine ganze Reihe toxischer Stoffe, und bei der Verarbeitung von Kunststoffen bei hohen Temperaturen entstehen gleichzeitig  weitere, neue Stoffe. Diese toxischen Stoffe verbleiben in den Produkten und Nebenprodukten und werden schließlich als Luftemissionen und toxische Rückstände in die Umwelt freigesetzt, insbesondere wenn die Produkte verbrannt werden

-chemisches Recycling hat einen erheblichen CO₂-Fußabdruck – seine Verfahren verbrauchen große Energiemengen und sind von externer Energie abhängig. Neben den direkten Treibhausgasemissionen, die im Prozess selbst und bei der Verbrennung seiner Produkte entstehen, verschärft die chemische Reaktion den Klimawandel zusätzlich, indem sie zur Aufrechterhaltung der Förderung fossiler Brennstoffe beiträgt, aus denen der weitaus größte Teil der Kunststoffe hergestellt wird

- bislang wurde nicht nachgewiesen, dass Verfahren des chemischen Recyclings bei der Verarbeitung großer Abfallmengen funktionieren. Die Verfahren des chemischen Recyclings sind bisher nicht für die Vergrößerung der Verarbeitungsmengen zur kommerziellen  Nutzung bereit und daher nicht in der Lage, eine führende Rolle bei der Bewältigung der weltweit rasch wachsenden Kunststoffabfallmengen zu übernehmen. Es gibt nur wenige kommerzielle Betriebe, die Anlagen stehen bei jedem Schritt und jeder Phase des Recyclingverfahrens vor technologischen Hürden, von der Verarbeitung des Ausgangsmaterials bis zur Reinigung und Qualitätsverbesserung des entstehenden Gases und Öls. Lösungsmittelbasierte Technologien sind im Vergleich zu Pyrolyse und Vergasung noch weniger ausgereift

- chemisches Recycling ist gegenüber dem Verkauf von Neukunststoffen nicht wettbewerbsfähig – sowohl bei der Repolymerisation, bei der aus Kunststoffen wieder Kunststoffe hergestellt werden, als auch bei der Umwandlung von Kunststoffen in Kraftstoff sind kostspielige Energieeinsätze erforderlich. Die entstehenden Produkte können nicht mit Polymermaterialien konkurrieren, die aus fossilen Rohstoffen hergestellt werden

- chemisches Recycling entspricht nicht den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft – die meisten Betriebe verbrennen ihre Produkte als Brennstoff – selbst bei den heute fortschrittlichsten Technologien wird nur ein sehr kleiner Teil der Kunststoffabfälle tatsächlich wieder zu neuem, nutzbarem Kunststoff. Chemisches Recycling hat daher keinen Platz in der Kreislaufwirtschaft, weil es die Herstellung neuer Granulate aus fossilen Brennstoffen nicht ersetzt

Das tatsächliche Potenzial der Repolymerisation von Kunststoffen muss noch nachgewiesen werden, und dabei müssen unter anderem strenge Vorschriften in Bezug auf toxische Stoffe, Treibhausgasemissionen und den Umgang mit Reststoffen angewendet werden. Solange solche Vorschriften nicht geschaffen sind, ist mechanisches Recycling eine etabliertere Recyclingoption, bei der weniger toxische Stoffe entstehen und die einen geringeren CO₂-Fußabdruck aufweist.

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