Rohstoffe im Kreislauf halten: iCycle schenkt Masken ein zweites Leben

Seit über einem Jahr begleiten sie uns im Alltag, haben aber eigentlich nur eine kurze Lebensdauer: Medizinische Gesichtsmasken. OP-Masken sind Einwegprodukte und sollten nach dem Tragen entsorgt werden. Schade eigentlich, denn dadurch wird eine riesige Menge an Rohstoffen bereits nach kurzer Tragedauer dem Müll zugeführt, verbrannt und damit nicht weiterverwendet.

Eigentlich. Das Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT möchte das ändern und hat einen Prozess entwickelt, mit dem die Rohstoffe der Masken recycelt und somit für eine Wiederverwertung gewonnen werden können. Im Interview mit K-MAG erklärt Dr. Alexander Hofmann, wie der iCycle-Prozess funktioniert, für welche Materialen er gedacht ist und was danach mit den gewonnenen Rohstoffen passiert.

Mithilfe des iCycle-Prozesses lassen sich medizinische Masken recyceln. Was gab den Anlass zu Ihrer Forschung?

Alexander Hofmann: Einerseits waren Gespräche mit Procter&Gamble zum Thema Masken ausschlaggebend – P&G ist einer unserer Partner beim Pilotprojekt, in dem wir erforschen, ob Masken für die Verwertung durch iCycle geeignet sind. Andererseits haben wir aber auch selbst bemerkt, dass Gesichtsmasken seit der Corona-Pandemie einfach achtlos weggeschmissen und zum Teil nicht regelkonform entsorgt werden. Daraus wuchs die Befürchtung, dass die medizinischen Masken zur Müll-Belastung werden könnten. Und selbst wenn die Masken im Abfall entsorgt werden, wird dadurch Restmüll erzeugt, der letztlich verbrannt wird. Da es sich bei den Masken um Polypropylen handelt, also um Kunststoff, war unser Ziel, in diesem Bereich eine höhere Verwertung zu erzeugen, diese Masken also als Rohstofflieferanten zu nutzen.

Wie funktioniert das Verfahren?

Hofmann: Für dieses Verfahren nutzen wir einen Pyrolyse-Schneckenreaktor. Das Material wird darin einer Förderschnecke zugeführt, während Sauerstoff entfernt und stattdessen Stickstoff eingeführt, sprich inertisiert wird. Wenn wir das Ganze dann auf über 500 Grad Celsius erhitzen, führt diese Stickstoff-Atmosphäre dazu, dass das Material nicht verbrennt – das würde geschehen, wenn Sauerstoff darin wäre. So führt es aber dazu, dass der Kunststoff in seine chemischen Grundbausteine zerlegt wird. Und diese kleineren chemischen Verbindungen können dann durch die Temperaturerhöhung in die Dampf- beziehungsweise Gasphase überführt werden. Im Nachgang des Pyrolyse-Reaktors werden die Dämpfe dann abgekühlt und kondensiert, sodass wir ein Öl gewinnen können.

Was kann man dann mit dem Öl machen, das durch den Prozess entsteht?

Hofmann: Das Öl selbst kann je nach Qualität zum Beispiel an die chemische Industrie gegeben werden. Und diese kann es nutzen, um damit Erdöl zu substituieren und so wieder Kunststoffe zu erzeugen.

Auf welche Herausforderungen sind Sie bei der Entwicklung gestoßen?

Hofmann: Eine allgemein schwierige Aufgabe bei der Pyrolyse, gerade wenn man im größeren Maßstab arbeitet, ist, den Wärmeertrag zu gewährleisten. Hierfür hat Fraunhofer ein patentiertes System entwickelt, mit dem es möglich ist, die Schnecke sowohl von innen als auch von außen zu beheizen.

Andere Herausforderungen ergeben sich eher hinsichtlich der Qualität der Produkte, die aus dem Pyrolyse-Prozesse herauskommen. Besonders bei Elektronikschrott lassen sich teils Halogene im Pyrolyse-Öl wiederfinden – diese Halogene müssen natürlich entfernt werden, bevor das Öl in der chemischen Industrie weiterverarbeitet werden kann. Auch hierfür haben wir Prozesse entwickelt, die wir noch weiter verbessern.

Wie soll der der iCycle-Prozess in Zukunft weiterentwickelt werden?

Hofmann: Zum einen wollen wir iCycle größer skalieren; unsere momentane Demonstrator-Anlage kann etwa 70 Kilo die Stunde umsetzen – wir sind mit einem Fraunhofer-Spin Off dabei, auf 250 Kilo die Stunde zu gehen. Darüber hinaus möchten wir das chemische Recycling vorantreiben, also die Verwertung des Pyrolyse-Öls. Auch dazu möchten wir Wege aufzeigen und Technologien entwickeln, damit wir am Ende das Pyrolyse-Öl in gewünschter Qualität und passend für die industriellen Anforderungen bereitstellen können.

Inwiefern trägt Ihr Verfahren zu einer Kreislaufwirtschaft von Kunststoffen bei?

Hofmann: Schauen wir uns zunächst den Status Quo an: Alles an Kunststoffen, was nicht recycelt werden kann, geht in die thermische Verwertung, sprich es wird verbrannt, wodurch sehr viel CO₂ entsteht. Wir wollen stattdessen den Kunststoff thermochemisch zerlegen und daraus wieder Kunststoff herstellen. Dadurch halten wir den Kohlenstoff einigermaßen im Kreislauf; natürlich gibt es auch Verluste, aber der Kunststoff wird immerhin nicht vollständig zu CO₂ umgesetzt, sondern ein großer Anteil kann rohstofflich weiter verwertet, also im Kreislauf geführt werden.