Kunststoffe und Recycling

Drei Verwertungswege

Kunststoffabfälle werden stofflich oder energetisch verwertet.

Werkstofflich:sortenreine Thermoplaste zerkleinern, waschen, einschmelzen → Rezyklat (Granulat) für neue Produkte; die Makromoleküle bleiben erhalten.
Grenzen:vermischte oder verschmutzte Abfälle ergeben nur minderwertiges Mischrezyklat (Downcycling); Duroplaste lassen sich nicht einschmelzen.
Rohstofflich:Makromoleküle werden gespalten — durch Pyrolyse (Erhitzen unter Luftausschluss) zu Öl und Gas, Polykondensate durch Hydrolyse zurück zu Monomeren.
Energetisch:Verbrennung im Müllheizkraftwerk; die Wärme wird genutzt, der Kohlenstoff entweicht als \(\ce{CO2}\).
Deutschland 2023:5,91 Mio. t Kunststoffabfall: 37,9 % werkstofflich, 0,5 % rohstofflich, 61,1 % energetisch, 0,5 % beseitigt (Umweltbundesamt).

Merke

Werkstofflich: Sortenreine Thermoplaste werden eingeschmolzen; die Makromoleküle bleiben erhalten. Vermischte Abfälle ergeben nur Downcycling, Duroplaste lassen sich nicht einschmelzen.

Rohstofflich: Makromoleküle werden gespalten, durch Pyrolyse zu Öl und Gas oder durch Hydrolyse zu Monomeren.

Energetisch: Verbrennung nutzt nur die Wärme, der Kohlenstoff entweicht als \(\ce{CO2}\).

Stofflich: Werkstoffliche und rohstoffliche Verwertung halten den Kohlenstoff im Kreislauf.

Bilanz für Polyethen

Wie viel \(\ce{CO2}\) beim Verbrennen entsteht, folgt direkt aus der Reaktionsgleichung.

Repetiereinheit:für Massenrechnungen genügt \(\ce{C2H4}\) mit \(M = 28{,}05\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\) — \(n\) kürzt sich heraus.
Heizwert PE:etwa \(43\ \mathrm{MJ\,kg^{-1}}\), so viel wie Heizöl — deshalb wird Kunststoffabfall gern verbrannt.
Bilanz:Recycling spart die Herstellung neuer Kunststoffe aus Erdöl; es lohnt sich vor allem bei sortenreinen Abfällen.

Herleitung:

\(\ce{C2H4 + 3 O2}\) \(\ce{-> 2 CO2 + 2 H2O}\)

aufstellen

Start: Jede Repetiereinheit liefert zwei Moleküle \(\ce{CO2}\).

\(\dfrac{m(\ce{CO2})}{m(\mathrm{PE})} = \dfrac{2\cdot M(\ce{CO2})}{M(\ce{C2H4})}\)

Verhältnis

Stoffmengenverhältnis 1 : 2 in ein Massenverhältnis umrechnen.

\(= \dfrac{2\cdot 44{,}01\ \mathrm{g\,mol^{-1}}}{28{,}05\ \mathrm{g\,mol^{-1}}}\)

einsetzen

Molare Massen aus dem Periodensystem.

\(m(\ce{CO2}) \approx 3{,}14\cdot m(\mathrm{PE})\)

Ergebnis

Aus 1 t Polyethen entstehen beim Verbrennen 3,14 t \(\ce{CO2}\).

Verteile 1 t PE-Abfall mit den Reglern auf die drei Wege — die anderen beiden passen sich an, damit es 100 % bleiben. Schalte zwischen sortenreinem und vermischtem Abfall um und vergleiche mit Deutschland 2023.

werkstofflich

rohstofflich

energetisch

Halte fest: Jede Tonne PE, die verbrannt statt recycelt wird, setzt 3,14 t \(\ce{CO2}\) frei — hochwertiges werkstoffliches Recycling setzt sortenreine Thermoplaste voraus.

Merke

CO2-Bilanz: Aus der Reaktionsgleichung folgt die \(\ce{CO2}\)-Menge beim Verbrennen; für Massenrechnungen genügt die Repetiereinheit \(\ce{C2H4}\) mit \(M = 28{,}05\ \mathrm{g\,mol^{-1}}\).

\(m(\ce{CO2}) \approx 3{,}14\cdot m(\mathrm{PE})\)

Heizwert: PE hat etwa \(43\ \mathrm{MJ\,kg^{-1}}\), so viel wie Heizöl. Recycling spart neue Kunststoffe aus Erdöl und lohnt sich vor allem bei sortenreinen Abfällen.

Allgemeine Hinweise

Verbrennen ist kein Recycling

Energetische Verwertung nutzt nur die Wärme — der Kunststoff ist danach verloren und muss aus Erdöl neu hergestellt werden.

Erst nach der Klasse fragen

Ob ein Abfall werkstofflich recycelt werden kann, entscheidet die Vernetzung: Nur Thermoplaste lassen sich einschmelzen und neu formen.

Mit der Repetiereinheit rechnen

Für Massenrechnungen setzt du die Repetiereinheit (bei PE \(\ce{C2H4}\)) ein, nicht das Monomer mit Doppelbindung oder das ganze Makromolekül.