Evonik löst eines der größten Probleme beim Kunststoff-Recycling
Pyrolyseöl gilt als Hoffnungsträger für das chemische Recycling. Doch Verunreinigungen bremsen den Einsatz in Steamcrackern. Neue Technologien sollen das ändern.
Ein Tropfen Pyrolyseöl: Der aus Kunststoffabfällen gewonnene Rohstoff kann fossile Einsatzstoffe in der Petrochemie teilweise ersetzen – vorausgesetzt, Verunreinigungen werden entfernt.
Foto: Evonik Industries AG
Kunststoffabfälle in neue Kunststoffe verwandeln: Das ist eines der großen Versprechen des chemischen Recyclings. Während sich sortenreine Abfälle wie PET-Flaschen meist mechanisch recyceln lassen, stößt dieses Verfahren bei verschmutzten oder gemischten Kunststoffströmen schnell an Grenzen. Hier kommt die Pyrolyse ins Spiel.
Dabei werden Kunststoffabfälle unter Luftabschluss auf Temperaturen von typischerweise 400 bis 800 °C erhitzt. Die langen Polymerketten zerfallen in kleinere Moleküle. Es entsteht ein flüssiges Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, das als Pyrolyseöl bezeichnet wird.
Die Technologie ist seit Jahrzehnten bekannt und erlebt derzeit weltweit einen industriellen Hochlauf. Doch viele Herausforderungen liegen nicht im Reaktor selbst. Sie beginnen erst nach der Pyrolyse. Denn das entstehende Öl unterscheidet sich deutlich von den fossilen Rohstoffen, die die petrochemische Industrie heute verarbeitet.
Inhaltsverzeichnis
- Warum Pyrolyseöl nicht einfach Erdöl ersetzt
- Der eigentliche Flaschenhals des chemischen Recyclings
- Evonik konzentriert sich auf die Ölaufbereitung
- Wenn Adsorption allein nicht ausreicht
- Regenerierbare Materialien senken die Betriebskosten
- Steamcracker bleiben das Herzstück der Kunststoffproduktion
- Mobile Module sollen den Einstieg erleichtern
Warum Pyrolyseöl nicht einfach Erdöl ersetzt
In der chemischen Industrie werden hohe Anforderungen an die Qualität der eingesetzten Rohstoffe gestellt. Anlagen wie Steamcracker sind auf genau definierte Einsatzstoffe ausgelegt. Pyrolyseöl aus Kunststoffabfällen bringt dagegen eine Vielzahl unerwünschter Begleitstoffe mit.
Dazu zählen unter anderem:
- Chlorverbindungen
- Stickstoffverbindungen
- Schwefelverbindungen
- Siliziumverbindungen
- Phosphorverbindungen
- Metallspuren
- Säurebildende Verbindungen
Diese Stoffe können erhebliche Probleme verursachen. Sie fördern Korrosion, verschlechtern die Qualität der Produkte oder beeinträchtigen die Leistungsfähigkeit von Katalysatoren. Bereits geringe Mengen reichen aus, um Prozesse empfindlich zu stören.
Besonders kritisch ist Chlor. Kunststoffabfälle enthalten häufig PVC-Reste. Bei der Pyrolyse entstehen daraus chlorhaltige Verbindungen, die in nachgeschalteten Anlagen erhebliche Schäden verursachen können. Aus diesem Grund gelten bei vielen Cracker-Betreibern strenge Grenzwerte für den Chlorgehalt der eingesetzten Rohstoffe.
Der eigentliche Flaschenhals des chemischen Recyclings
In den vergangenen Jahren standen vor allem neue Pyrolyseanlagen im Fokus. Zahlreiche Unternehmen investieren in entsprechende Kapazitäten. Doch die Industrie hat erkannt, dass die Pyrolyse allein das Problem nicht löst.
Entscheidend ist vielmehr, ob sich das erzeugte Öl so aufbereiten lässt, dass es in bestehenden petrochemischen Anlagen eingesetzt werden kann. Erst dann entsteht ein Kreislauf, bei dem aus Kunststoffabfällen wieder neue Kunststoffe werden.
Die Reinigung des Pyrolyseöls entwickelt sich deshalb zu einem eigenständigen Technologiefeld. Genau hier setzen zahlreiche Chemieunternehmen an.
Evonik konzentriert sich auf die Ölaufbereitung
Der Spezialchemiekonzern Evonik arbeitet seit mehreren Jahren an Verfahren zur Reinigung von Pyrolyseöl. Das Unternehmen nutzt dabei Erfahrungen aus der Raffinerie- und Petrochemie, wo die Entfernung von Verunreinigungen seit Langem zum Alltag gehört. Ein Schwerpunkt liegt auf Adsorbentien. Diese Materialien binden bestimmte Stoffe an ihrer Oberfläche und entfernen sie aus dem Ölstrom.
Mit der Produktreihe Purocel bietet Evonik verschiedene Lösungen für unterschiedliche Verunreinigungen an. Besonders interessant ist dabei Purocel 505. Das Material kombiniert nach Unternehmensangaben zwei Funktionen: Es spaltet zunächst chlorhaltige Verbindungen auf und bindet anschließend die entstehenden Chloride. Laut Evonik lassen sich dadurch bis zu dreimal mehr Chloride entfernen als mit herkömmlichen Verfahren.
Wenn Adsorption allein nicht ausreicht
Für höhere Reinheitsanforderungen kommt häufig eine weitere Prozessstufe hinzu: das sogenannte Hydrotreating.
Dabei wird Wasserstoff eingesetzt, um unerwünschte Verbindungen chemisch umzuwandeln. Schwefel-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen reagieren zu Stoffen, die anschließend leichter entfernt werden können. Gleichzeitig werden bestimmte ungesättigte Kohlenwasserstoffe stabilisiert.
Solche Verfahren gehören seit Jahrzehnten zum Standard in Raffinerien. Für die Aufbereitung von Pyrolyseöl gewinnen sie nun ebenfalls an Bedeutung. Evonik bietet hierfür Metallkatalysatoren der Reihe Purocel H an. Sie unterstützen die chemischen Reaktionen und sollen sich nach ihrer Nutzung recyceln lassen.
Regenerierbare Materialien senken die Betriebskosten
Neben der reinen Reinigungsleistung spielt die Wirtschaftlichkeit eine wichtige Rolle. Adsorbentien müssen regelmäßig ausgetauscht werden, sobald ihre Aufnahmekapazität erschöpft ist.
Daher entwickelt die Branche zunehmend regenerierbare Materialien. Evonik nennt hier insbesondere Purocel 510. Das Material soll nicht nur Chlorverbindungen entfernen, sondern auch Schwefel-, Silizium- und Phosphorverbindungen sowie weitere problematische Begleitstoffe aus dem Ölstrom aufnehmen.
Da sich das Material regenerieren lässt, sinken langfristig die Betriebskosten und der Materialverbrauch.
Steamcracker bleiben das Herzstück der Kunststoffproduktion
Der Aufwand lohnt sich nur, wenn das gereinigte Öl anschließend in bestehenden Anlagen genutzt werden kann.
Eine zentrale Rolle spielen dabei Steamcracker. In diesen Anlagen werden Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen von bis zu 850 °C in kleinere Moleküle zerlegt. Dabei entstehen wichtige Grundchemikalien wie Ethylen und Propylen. Sie bilden die Basis für zahlreiche Kunststoffe, von Verpackungen über Rohre bis hin zu technischen Bauteilen.
Kann gereinigtes Pyrolyseöl einen Teil der fossilen Rohstoffe ersetzen, bleibt die bestehende Infrastruktur weitgehend nutzbar. Genau deshalb gilt die Aufbereitung des Öls als entscheidender Baustein für das chemische Recycling.
Mobile Module sollen den Einstieg erleichtern
Neben Katalysatoren und Adsorbentien entwickelt Evonik auch vorkonfigurierte Reinigungssysteme. Die sogenannten Rocket-Module werden als kompakte Einheiten geliefert und können an bestehende Anlagen angebunden werden.
Der Vorteil liegt vor allem in der einfacheren Integration. Betreiber müssen keine komplett neuen Aufbereitungslinien planen, sondern können auf standardisierte Systeme zurückgreifen. Das reduziert Investitionsaufwand und verkürzt Stillstandszeiten.
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