„Wir können unseren Weg nach draußen nicht recyceln“

Von Samantha Wohlfeil / InvestigateWest

Wenn es um den Lebenszyklus von Kunststoff geht, warten Hunderte von Lösungen,Von alternativen Biokunststoffen, die sich möglicherweise durch die Magie von Pilzen selbst abbauen können, bis hin zu komplexem chemischem Recycling, das Kunststoffe zerlegen kann, um sie in andere Erdölprodukte umzuwandeln oder wieder wie neu herzustellen.

Doch so vielversprechend chemisches Recycling und Kunststoffe der nächsten Generation auch klingen mögen, Experten sagen, dass einige der realistischsten Lösungen zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung darin bestehen, Kunststoffe so weit wie möglich aus Verpackungen zu entfernen.

Entscheidungsträger fragen sich: Wie können Hersteller ihre Kunststoffverpackungen so gestalten, dass sie einfacher recycelt werden können, wenn die Verbraucher sie nicht mehr verwenden? Sollten alle Verpackungen aus Kunststoff die gleiche Farbe haben, um farbstoffbasierte Verunreinigungen bei Recyclingprozessen zu vermeiden? Könnten Markierungen auf verschiedenen Kunststoffarten dazu beitragen, dass Bildgebungsroboter in Sortieranlagen ihre Arbeit bei der Sortierung von Behältern nach Typ besser erledigen können? Bei welchen Produkten könnte komplett auf Plastik verzichtet werden?

Derzeit erfolgt der überwiegende Teil des Kunststoffrecyclings durch mechanische Methoden. Zunächst werden Post-Consumer-Kunststoffe nach Anzahl unterteilt; Beispielsweise muss der PET-Kunststoff (Polyethylenterephthalat), der häufig für Getränkeflaschen verwendet wird, vom HDPE-Kunststoff (Polyethylen hoher Dichte) getrennt werden, der häufig für Waschmittelbehälter verwendet wird. Jede Gruppe wird dann oft geschreddert und zu Pellets geschmolzen, die erneut geschmolzen und zu neuen Verpackungen geformt werden können. Oder verschiedene Kunststoffe können zu Brettern für Außendecks umfunktioniert oder zu Fasern für Teppiche und Kleidung verarbeitet werden.

Da jedoch die Polymerketten (Stränge sich wiederholender Moleküle) im Kunststoff durch Hitze zersetzt werden können, gibt es Grenzen für die Häufigkeit, mit der Kunststoff im wahrsten Sinne des Wortes „recycelt“ und zu einem neuen Produkt verarbeitet werden kann.

Angesichts dieser Einschränkungen experimentieren viele Menschen, von Mitarbeitern der größten Öl- und Chemiehersteller (denken Sie an BP und Dow) bis hin zu Einzelunternehmern, mit chemischem Recycling als potenzieller Möglichkeit, noch mehr Kunststoff zu recyceln. Weniger als 10 Prozent der Stoffe werden tatsächlich recycelt, aber chemisches Recycling verspricht den Wiederaufbau der Molekülketten, die durch Hitze abgebaut werden, sowie die Möglichkeit, Kunststoffe in Kraftstoffe und andere Verbindungen umzuwandeln.

Ob einige der neueren Vorschläge zum chemischen Recycling tatsächlich Erfolg haben werden, ist fraglich. Zu den üblichen Einschränkungen zählen die hohen Kosten für den Bau und die Stromversorgung von Verarbeitungsanlagen, der Kauf teurer Chemikalien und die Herausforderung, zuverlässig Materialien zu beschaffen, die nicht mit Lebensmittelresten, Farbstoffen oder anderen Arten von Kunststoff oder Müll verunreinigt sind. Weitere Bedenken beziehen sich auf die Treibhausgasemissionen des chemischen Recyclingprozesses und, im Falle der Umwandlung von Kunststoffen in Kraftstoffe, auf die Verbrennung der Endprodukte sowie auf die Frage, ob diese Klimakosten geringer sind als diejenigen, die durch die Herstellung von Neuplastik verursacht werden.

Mittlerweile entwickeln Innovatoren jeden Alters Kunststoffalternativen aus Fischhaut, pflanzlicher Stärke und anderen biologisch abbaubaren Substanzen, die bei ordnungsgemäßer Entsorgung eine schnelle Zersetzung versprechen – ein scharfer Kontrast zu den Tausenden von Jahren, in denen herkömmliche Kunststoffe in der Umwelt verbleiben können Umfeld.

Während die Menschen herausfinden, ob chemisches Recycling oder Kunststoffalternativen die Plastikverschmutzung verhindern können – die bereits Luft, Wasser und Land auf der ganzen Welt verunreinigt hat – sind die Kommunalverwaltungen im ganzen Land immer noch dabei, die bereits vorhandenen Recyclingmöglichkeiten zu verstehen.

Der Weckruf des Staates Washington kam vor etwa fünf Jahren, als China die Annahme hochkontaminierter Ballen recycelter Materialien aus der ganzen Welt einstellte. Als Reaktion auf den Verlust eines Marktes, der mehr als 60 Prozent der recycelten Materialien des Staates aufnahm, gründeten die Gesetzgeber in Washington im Jahr 2019 das Recycling Development Center recycelbare Materialien des Staates.

Washington war auf dem besten Weg, bei der Bewältigung der großen Recyclingprobleme im Zusammenhang mit Kunststoffen und anderen Materialien eine Vorreiterrolle zu übernehmen, aber das Recycling Development Center hatte einen schleppenden Start, da die COVID-19-Pandemie dazu führte, dass die Behörden auf Fernarbeit umstellten und Gouverneur Jay Inslee unnötig erstarrte einstellen. Der 14-köpfige Beirat des Zentrums, der sich aus Wissenschaftlern, Herstellern, Umweltschützern und anderen zusammensetzt, begann im Jahr 2020, sich virtuell zu treffen und vergab später Zuschüsse für Pilot-Recyclingprojekte und finanzierte Studien, die Recyclingoptionen und -probleme identifizierten.

LKW-Ladungen mit Plastikflaschen, Pappe, Glas und Zeitungen laufen über eine komplizierte Reihe von Förderbändern und Behältern, um im Spokane Materials and Recycling Technology (SMaRT) Center von Waste Management sortiert zu werden. (Junger Kwak/Inlander)

„Wir hatten Ressourcen vom Gesetzgeber, die wir nicht nutzen konnten, um einen Berater einzustellen, also haben wir ein kleines Zuschussprogramm für lokale Regierungen und Universitäten aufgelegt“, sagt Kara Steward, Direktorin des Recycling Development Center.

Kürzlich konnte das Zentrum Business-Accelerator-Wettbewerbe wie NextCycle Washington unterstützen, die darauf abzielen, innovative Ideen zu identifizieren, die eine Kreislaufwirtschaft für Materialien wie Kunststoff schaffen können. Menschen mit vielversprechenden Ideen werden dabei unterstützt, sich an Investoren zu wenden und Kontakte zu Gruppen zu knüpfen, die weitaus mehr Geld haben als ein staatliches Programm, sagt Steward.

„Wir sind wirklich begeistert, denn so etwas macht das Department of Ecology nicht“, sagt Steward. „Uns geht es darum, die menschliche Gesundheit und die Umwelt sauber zu halten, und ich sage hier: ‚Aber Moment, ich möchte den Unternehmen Geld geben!‘ Alle um mich herum sagen: „Das kannst du nicht machen.“ „Ja, tatsächlich glaube ich, dass ich es kann.“

Auch neue Ideen, die sich auf Lösungen außerhalb des Recyclingsystems konzentrieren, sind willkommen, da Verpackungsinnovationen den von uns erzeugten Abfall besser reduzieren können.

„Wir können uns nicht durch Recycling aus dem Plastikproblem befreien“, sagt Steward. „Wir haben 8 Prozent des hergestellten Kunststoffs seit den Anfängen des Kunststoffs recycelt. Wir müssen über den Tellerrand schauen, neue Dinge tun, und NextCycle Washington ist eine großartige Möglichkeit, den Innovationen, die gerade nötig sind, einen Schub zu geben.“ ein bisschen Hilfe."

In einem vom Recycling Development Center finanzierten Bericht aus dem Jahr 2021 skizzierten Forschungsprofessor Karl Englund und ein Team für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Washington State University bestehende chemische und thermische Recyclingoptionen für Kunststoff – wie beispielsweise wärmeintensive Lösungen wie Pyrolyse und Vergasung oder Katalysatoren. basierte Lösungen wie die Glykolyse – und bewerteten ihre Machbarkeit für den Betrieb im pazifischen Nordwesten.

Durch chemisches Recycling können neue Kunststoffe, Synthesegas (hergestellt aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus Holz, Kunststoffen oder anderen Quellen), Bioöle und andere Produkte entstehen.

Der Bericht kam zu dem Schluss, dass es im Osten Washingtons oder in der Puget Sound-Region genügend Post-Consumer-Kunststoffe geben könnte, um einen Chemierecycler auf beiden Seiten des Staates zu unterstützen, wenn die Recyclingquoten der Verbraucher erheblich steigen würden – von derzeit etwa 8 Prozent auf 50 Prozent Prozent. Der Bericht stellt jedoch auch fest, dass die Kosten für die Eröffnung einer neuen Anlage unerschwinglich sein können, insbesondere da die Marktpreise für Endprodukte variieren können.

„Es besteht eindeutig die Notwendigkeit, Investitionsgelder zu sichern, um einen Recyclingprozess zum Erfolg zu führen“, heißt es in dem Bericht. „Investoren zu haben, die über die Recycling-Lieferkette informiert und informiert sind, ist ein Muss, damit sie sich wohlfühlen, in etwas riskantes Unterfangen zu investieren. Ohne ausreichendes Investitionsmanagement wird es kleineren Unternehmen und Start-ups schwer fallen, Investitionen zu sichern.“ und Risiken mindern.“

Das Forschungsteam hat außerdem eine Datenbank mit Hunderten bestehender Recycler zusammengestellt. Obwohl sie im Frühjahr 2022 aktualisiert wurde, könnte die Liste bereits mit 100 neuen Unternehmen aktualisiert werden, die versuchen, am Kunststoffrecycling zu arbeiten, sagt Englund. Eine verlässliche Liste zu führen ist eine Herausforderung, da Unternehmen oft großes Aufsehen erregen, wenn sie ihr vielversprechendes neues Recyclingverfahren ankündigen, einige jedoch verschwinden, wenn ihr Verfahren nicht umgesetzt wird oder keine Finanzierung erhält, sagt Englund.

Große multinationale Unternehmen wie Dow oder BASF, die Additive herstellen, die bei den populäreren mechanischen Recyclingprozessen hilfreich sind, werden eher bleiben, da ihre Produkte leicht verfügbar und mit mehr Finanzmitteln abgesichert sind, erklärt Englund.

Selbst wenn neue Einrichtungen eröffnet werden, funktionieren sie nicht immer wie vorgesehen. Ein Unternehmen bot Boise, Idaho, in den letzten Jahren die Möglichkeit an, seine Plastikfolien wie Tüten und abziehbare Behälterdeckel zu Dieselkraftstoff zu recyceln, aber ein Großteil der gesammelten Stoffe wurde letztendlich zur Energiegewinnung verbrannt und nicht in Treibstoff umgewandelt, berichtete Reuters letztes Jahr. Das Unternehmen sagte, die Umstellung sei auf die hohe Verunreinigung des Recyclingstroms von Boise zurückzuführen, Reuters stellte jedoch fest, dass mehrere andere „fortgeschrittene Recycling“-Projekte auf der ganzen Welt in den letzten Jahren ebenfalls gescheitert seien oder sich erheblich verzögert hätten, hauptsächlich aufgrund der hohen Kosten.

Glykolyse: Dieser Prozess zersetzt Kunststoff durch den Einsatz von Katalysatoren, die bestimmte molekulare Verbindungen aufbrechen.

Vergasung: Durch die Kombination von Kunststoff mit Wärme, Sauerstoff und Dampf (oder einer ähnlichen Kombination) kann das Material in Synthesegas umgewandelt werden.

Synthesegas: Synthesegas wird aus vielen Materialien hergestellt, die eine Kombination aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugen können. Wenn Synthesegas aus Kunststoff (unter Verwendung von Wärme und Sauerstoff oder Dampf) hergestellt wird, kann es für verschiedene Zwecke verwendet werden, unter anderem als Brennstoff für Brennstoffzellen zur Stromerzeugung.

Polyethylenterephthalat: Dieser Kunststoff, auch PET oder PETE genannt, wird häufig für Getränkebehälter verwendet und ist am besten recycelbar.

Polyethylen hoher Dichte: Dieser auch als HDPE bekannte Kunststoff wird häufig für Dinge wie Waschmittelbehälter verwendet und ist außerdem dafür bekannt, dass er einfacher zu recyceln ist als einige andere Kunststoffe.

Polyvinylchlorid: Eine Kunststoffart, auch PVC genannt.

Polystyrol: Dieser Kunststoff, auch Styropor genannt, war in der Vergangenheit weniger leicht zu recyceln, da er aufgrund seiner leichten und sperrigen Beschaffenheit den Versand an Recycler schwierig machte. Allerdings haben sich einige Chemierecycler des Materials angenommen.

Englund sagt jedoch, dass sich viele Nachrichtenagenturen zwar auf die Misserfolge beim Recycling konzentrieren, Wissenschaftler und Unternehmen jedoch erhebliche Fortschritte bei der Weiterentwicklung des chemischen Recyclings machen.

„Die Leute in der Kunststoffwelt geben sich alle Mühe, um das zu erreichen“, sagt Englund. „Müssen wir alle mehr tun? Ja. Aber zumindest machen wir Schritte in die richtige Richtung, und ich bin vorsichtig optimistisch.“

Neue Alternativen müssen geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie eine bessere Option sind, als weiterhin neues Plastik zu produzieren.

Angenommen, ein Geschäft stellt auf Glasflaschen um, die gegen Pfand zurückgegeben, gewaschen, wieder aufgefüllt und wieder ins Regal gestellt werden können. Trägt das Gewicht des Transports dieser Glasbehälter in Fahrzeugen zu einem schlechteren Kraftstoffverbrauch und einem größeren CO2-Fußabdruck bei als leichte, recycelbare Kunststoffbehälter? Wie viel Wasser wird zum Reinigen der Behälter im Vergleich zur Herstellung neuer Behälter benötigt?

Durch chemisches Recycling können neue Kunststoffe, Synthesegas (hergestellt aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid aus Holz, Kunststoffen oder anderen Quellen), Bioöle und andere Produkte entstehen.

Für fortgeschrittenes Recycling müssen Unternehmen berechnen, ob die Energie, die für den chemischen Abbau und Wiederaufbau von Kunststoffen benötigt wird, höher ist als die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung neuer Kunststoffe.

Vorgelagerte Entscheidungen zum Verpackungsdesign können auch dazu beitragen, die Recyclingfähigkeit von Produkten zu verbessern.

Nehmen Sie einen Plastikbehälter mit Bleichtüchern. Wenn der Behälterkörper weiß ist, die Oberseite des Behälters eine andere Farbe hat und das Etikett direkt auf den Kunststoff gedruckt wird, können diese Farbstoffe den Prozess „verunreinigen“, wenn Recyclingunternehmen versuchen, eine homogene Farbe zu erzielen, sagt Englund.

„Wenn wir diesen Kunststoff ganz am Anfang entwickeln, müssen wir schauen und fragen: ‚Wie kann ich ihn am Ende seiner Lebensdauer wieder in diese Form bringen?‘“, sagt Englund.

Ein besseres Design für diesen Tücherbehälter könnte darin bestehen, eine Farbe für den gesamten Behälter zu verwenden und das Etikett auf Papier zu drucken, das vor dem chemischen Recyclingprozess viel einfacher zu entfernen ist und auch separat recycelt werden könnte, sagt er.

Englund fragt sich auch, ob andere Designmerkmale wie mit Infrarottinte aufgedruckte Symbole dazu beitragen könnten, dass Materialrückgewinnungsanlagen die verschiedenen Materialien einfacher sortieren könnten.

Möglicherweise müsse es auch auf Verbraucherseite zu Änderungen kommen, sagt er, da ein großer Teil des Designs auf den Vorlieben der Verbraucher hinsichtlich des Erscheinungsbilds der Verpackung basiert.

„Wie lernen wir als Gesellschaft, Dinge zu akzeptieren, die nicht in einer Million verschiedener Farben sind, mit all diesen coolen Dingen dazu?“ Fragt Englund. „Weißt du, hey, es ist nur Milch.“

Einige Bundesstaaten tragen dazu bei, den Ausschlag für Kreislaufsysteme zu geben, indem sie in den kommenden Jahren einen höheren Anteil an Post-Consumer-Recyclingmaterialien in Verpackungen fordern. Einige erlassen auch Regeln zur „erweiterten Herstellerverantwortung“, die von den Herstellern verlangen, für das Recycling ihrer Produkte am Ende ihres Lebenszyklus zu zahlen. Diese Richtlinien könnten dazu führen, dass einige Kunststoffrecyclingmethoden in den Hintergrund treten, da die Hersteller eher geneigt sein werden, recycelte Produkte zu kaufen, um staatliche Auflagen zu erfüllen.

Als High-School-Neuling und Studentin im zweiten Jahr in Spokane, Washington, untersuchte Anna Armstrong das Potenzial von Pilzen zur Verbesserung der Kompostierung. (Paul Conrad/InvestigateWest)

Erstaunlicherweise muss man nicht in einem Multimillionen-Dollar-Labor arbeiten, das von einem Großkonzern unterstützt wird, um eine Alternative zu Kunststoff zu entwickeln.

Für die 18-jährige Anna Armstrong begann der Wunsch, bei der Lösung des weltweiten Plastikproblems mitzuhelfen, schon in jungen Jahren. Zu Beginn ihres naturwissenschaftlichen Unterrichts im ersten und zweiten Jahr an der Ferris High School in Spokane untersuchte Armstrong das Potenzial von Pilzen zur Verbesserung der Kompostierung. Als sie sah, wie schwierig es war, Biokunststoffe zu kompostieren, die bereits im Supermarkt erhältlich waren, fragte sie sich, ob sie eine Alternative erfinden könnte.

Sie untersuchte einige der Optionen, die derzeit untersucht werden, beispielsweise die Verwendung der Haut invasiver Fischarten zur Herstellung von Biokunststoffen, wodurch zwei Umweltprobleme gleichzeitig angegangen werden. Aber die Arbeit mit stinkenden Fischhäuten war nicht gerade reizvoll.

Ihre Kompostarbeit führte sie zu einem bestimmten Pilz, Aspergillus oryzae, und sie fragte sich, ob er zum Abbau der Arten von Kunststoffen auf Pflanzenstärkebasis, wie z. B. kompostierbaren Mülleimereinlagen, verwendet werden könnte, die bei Kunststoffalternativen immer beliebter werden Feld.

„Aspergillus oryzae kommt in Asien häufig im Lebensmittelmanagement vor, da es zum Fermentieren von Reis verwendet wird“, sagt Armstrong. „Ich habe untersucht, was es bewirkt, und es verbindet sich irgendwie mit der Stärke und fängt an, diese zu zerfressen, was den Fermentationsprozess unterstützt. Also habe ich das auf den Plastikabbau angewendet, um zu sehen, wie ich ein anderes Problem lösen könnte.“

In den letzten zwei Jahren ihres High-School-Kurses für biomedizinische Innovation – aufgrund der Pandemie arbeitete sie die meiste Zeit aus der Ferne – recherchierte sie nach nachhaltigen Quellen für Pfeilwurzpulver, Essig und pflanzliches Glycerin, aus denen dünne Plastikfolien entstehen könnten, ähnlich denen, die um Produkte gewickelt sind in den Regalen der Geschäfte und machte sich an die Arbeit, ihre eigenen Prototypen zu erstellen.

„Ich habe wahrscheinlich 30 oder 40 Rezepte ausprobiert, bevor ich tatsächlich eines gefunden habe, das ich verwenden konnte“, sagt Armstrong. „Die Verhältnisse können ziemlich knifflig sein.“

Sie versuchte auch, ihre Methoden anzupassen, um die Prototypen transparenter zu machen und möglichst wenige sichtbare Mängel aufzuweisen, da Verbraucher wählerisch sein können.

Armstrong brachte ihren Biokunststoff zur Eastern Washington Regional Science and Engineering Fair, wo sie für ihre Erfindung den ersten Platz belegte und anschließend virtuell an der International Science and Engineering Fair in Atlanta, Georgia, teilnahm, wo sie im Umweltbereich den vierten Platz weltweit belegte Kategorie Ingenieurwesen in diesem Jahr. Die dortigen Juroren halfen ihr dabei, darüber zu sprechen, wie der Wasserverbrauch bei der Herstellung der Biokunststofffolie reduziert werden kann, und gaben ihr Tipps, wie sie ihre Arbeit beschreiben sollte.

Anna Armstrongs Biokunststoff belegte dieses Jahr auf der International Science and Engineering Fair in Atlanta, Georgia, den vierten Platz weltweit in der Kategorie Umwelttechnik. (Paul Conrad/InvestigateWest)

Diesen Herbst beginnt sie ihr Studium an der Western Washington University, wo sie Umweltwissenschaften als Hauptfach und Umweltgerechtigkeit als Nebenfach studieren möchte. Letztendlich möchte sie in Mykologie (dem Studium von Pilzen, zum Beispiel Pilzen) promovieren und gleichzeitig ihr Produkt weiterentwickeln, von dem sie hofft, es eines Tages in den Regalen der Geschäfte zu sehen.

„Ich möchte beweisen, dass es nicht unmöglich ist, einen Kunststoff herzustellen, der tatsächlich funktioniert und umweltfreundlich ist“, sagt Armstrong. „Wenn ich es mit 17 schaffe, dann sollten Wissenschaftler, die schon ewig auf dem Gebiet der Umwelttechnik tätig sind, es mit jahrelanger Erfahrung schaffen können.“

Ein Teil ihrer Leidenschaft rührt auch daher, dass sie mit Ängsten aufgewachsen ist, welche Auswirkungen der Klimawandel noch zu ihren Lebzeiten auf den Planeten haben wird. Sie sagt, Wissenschaftler versuchen alles, was sie können, um die Welt dazu zu bringen, ihre Warnungen zu beherzigen, aber es sieht so aus, als würde niemand etwas unternehmen.

„Ich möchte wirklich in einer Welt leben, in der ich mir keine Sorgen darüber machen muss, wie zukünftige Generationen aussehen können, und nicht einmal zukünftige Generationen von Menschen, ich spreche von der gesamten Flora und Fauna, die in der Welt lebt.“ Welt und hängt von der Umwelt um uns herum ab“, sagt Armstrong. „Angst ist keine Ausrede, um selbstgefällig zu sein. Dass es andere Menschen nicht getan haben, bedeutet nicht, dass man es nicht tun kann.“

AUSGEWÄHLTES BILD: Joseph Lopez aus Seattle und andere Freiwillige sammelten Meeresmüll im Golden Gardens Park in Seattle. (Dan DeLong/InvestigateWest)

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