Fluorierte Polymere für die Kreislaufwirtschaft

Fluorierte Polymere werden im Alltag unter anderem wegen ihrer Anti-Haft-Eigenschaften und ihrer Langlebigkeit geschätzt. Gerade die wird aber zur Herausforderung, wenn es um das Recycling des Fluors geht. Ein Forschungsteam der Universität Bayreuth hat eine Lösung für dieses Problem erforscht. Ihr Konzept sieht vor, fluorierte Kunststoffe chemisch zu transformieren und dadurch das Fluor zurückzugewinnen.

Dr. Alex Plajer erklärt im Interview, was die neuen fluorierten Polymere ausmacht, wofür sie künftig angewendet werden könnten und welche Möglichkeiten sich dadurch für die Kreislaufwirtschaft ergeben.

Herr Dr. Plajer, was sind die wesentlichen Eigenschaften der neuen Klasse von florierten Polymeren?

Dr. Alex J. Plajer: Die neuen fluorierten Polymere, die wir erforschen, sind zum einen ein bisschen rutschiger und wasserabweisender als Polyester ohne Fluor. Dennoch sind die diese Polymere aktuell noch nicht kompetitiv mit Teflon, Nafion oder ähnlichem.

Wir haben uns in der Studie besonders mit dem Vorteil des chemischen Recyclings von florierten Kunststoffen befasst, denn dieses Verfahren ist für diese Kunststoffe noch nicht sonderlich populär. Hierzu braucht es also neue Konzepte, und daran arbeiten wir momentan. Mit dem neuen Konzept transformieren wir Kunststoffe chemisch, sodass sie schlussendlich als Grundstoffe wiederverwendet werden können.

Wie unterscheiden sich die neuen Polymere von bisher fluorierten Polymeren?

Dr. Plajer: Die Ketten der allermeisten kommerzialisierten Fluorkunststoffe (Teflo, Nafion, PVDF) bestehen nur aus Kohlenstoffatomen, und das Fluor hängt von diesen Ketten ab. Unsere Kunststoffe hingegen enthalten Esterbrücken, die unser Material abbaubar und recycelbar machen. Solche Produkte gibt es noch nicht am Markt. 

Wie funktioniert dieser beschleunigte Abbauprozess? 

Dr. Plajer: Wir versetzen die Fluorkunststoffe mit einer sehr starken Base und können dadurch das Fluor herausziehen. Das funktioniert nicht mit Wasser oder Säuren, sondern nur mit sehr starken Basen.

Welche Möglichkeiten ergeben sich durch das zurückgewonnene Fluor für die Kreislaufwirtschaft? 

Dr. Plajer: Die chemische Industrie möchte einfach zu integrierende Lösungen haben, sprich sie möchte ihre Prozesse so wenig wie möglich anpassen. Die Unternehmen brauchen also quasi genau die Grundstoffe, die sie ohnehin schon benutzen, um den Prozess zur Produktion der fluorierten Chemikalien nicht anpassen zu müssen. Die von uns generierten Abbauprodukte haben genau die Form, in der die chemische Industrie sie braucht. 

Welche Schritte braucht es noch, bis Sie von der Laborphase wirklich in die Umsetzung gehen können?

Dr. Plajer: Eine Herausforderung ist sicherlich die Länge der Ketten: unsere Polymere sind noch nicht lang genug. Wir wissen, dass wir diese Produkte herstellen können und dass sie die Möglichkeit zum chemischen Recycling bieten, aber die Ketten sind noch nicht sonderlich lang. Da sind wir aktuell eine Größenordnung unter dem, was andere Kunststoffe zeigen, was kommerzialisierbar wäre. Hier müssen wir also den chemischen Herstellungsprozess der Polymere verbessern.

Die andere Herausforderung ist der Preis: Noch können unsere Produkte einfach nicht mit anderen Kunststoffen konkurrieren, und auch das Recycling lohnt sich finanziell teilweise noch nicht, weil die Preise für nicht-nachhaltige Polymere so niedrig sind. Die Herstellung unserer Grundbausteine muss also günstiger werden, um konkurrieren zu können. 

Wo sehen Sie im Alltag die größten Potenziale für den Einsatz von diesen neuen fluorierten Polymeren?

Dr. Plajer: Das ist keine ganz leichte Frage, denn eigentlich benutzen wir Kunststoff ja gerade deshalb so gerne, weil er nicht abbaubar ist, beispielsweise für Goretex-Kleidung oder Herzklappen aus Teflon. Ich sehe den Nutzen unserer Produkte am ehesten bei kurzlebigen Anwendungen, zum Beispiel als Beschichtung. Noch sind unsere Anwendungen aber nicht kommerzialisierungsfähig. Unser zentrales Anliegen ist, den Recyclinggedanken und das Nachhaltigkeitskonzept von Fluor zu überdenken. Denn wenn sich fluorierte Chemikalien so schlecht abbauen lassen und es dafür keine Recyclingstrategie gibt, dann gehen diese Chemikalien einfach zurück in die Natur und können nicht mehr zurückgewonnen werden. Deshalb müssen wir damit verantwortungsbewusst umgehen.

Wie sehen Sie die Zukunft der florierten Polymere in Bezug auf Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit, besonders wenn man auf die aktuelle Kritik an ewigen Chemikalien blickt?

Dr. Plajer: Es gibt Spezialanwendungen, da wird man florierte Chemikalien nicht ersetzen können: Teflon in einer technischen Dichtung oder Nafion in der Brennstoffzelle sind mit dem momentanen Stand der Technik nicht ersetzbar. Dann wiederum gibt es auch Anwendungen, da sind diese fluorierten Substanzen unnötig – bei Pizzakartons oder Zahnseide zum Beispiel. Hier könnten auch abbaubare Alternativen genutzt werden, die einerseits natürlich noch den Vorteil der Fluorierung mit sich bringen, aber auch die entsprechenden Abbaumechanismen drin haben.

Trotzdem gilt natürlich: Nur weil ein Polymer abbaubar ist, darf man nicht verantwortungslos mit umgehen. Wenn wir von "abbaubaren Plastiktüten" sprechen, signalisieren wir der Gesellschaft ja, dass man diese einfach im Wald entsorgen kann. Das ist natürlich nicht so! Wir verlieren dadurch den Rohstoff, das Material und die ganze Arbeit, die in dieses Produkt gesteckt wurden.