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Erste Studie: Wie wir Meeresmüll zukünftig re- und sogar upcyceln können

Recycling von Meeresmüll spielt in der Forschung und Öffentlichkeit kaum eine Rolle. In einer wissenschaftlichen Publikation widmen wir uns nun erstmals drei verschiedenen Recycling- und anschließenden Upcycling-Möglichkeiten.

Es klingt angesichts des Müllproblems paradox, doch tatsächlich: Wissenschaftler setzten sich bisher nur wenig mit der Frage auseinander, wie sich Meeresmüll, im Fachjargon „Marine Litter“, verwerten und zurück in den Kreislauf bringen lässt. Der Grund: Es gab bislang keine Studie und schlicht zu wenige Daten darüber, aus welchem Plastik der Müll zusammengesetzt ist, ob er mit Schadstoffen belastet ist und wie viel überhaupt recycelbar ist. Diese Daten sind wichtig, um geeignete Verwertungsverfahren zu benennen. Unsere aktuelle Studie, mit der wir neue Forschungsansätze wecken möchten, setzt genau dort an.

Unser Ziel ist es, die wertvolle Ressource Kunststoff in eine Kreislaufwirtschaft zurückzuführen. Gemeinsam mit unseren Partnern der RWTH Aachen University, deren Instituten Energierohstoffe (TEER), Mikrobiologie (iAMB) und Wasserwirtschaft (IWW), hat unser Forschungsteam untersucht, wie sich Kunststoffabfälle thermochemisch verwerten lassen. In der Fachzeitschrift „Processes“ haben wir unsere ersten Erkenntnisse veröffentlicht. Den Meeresmüll haben Ehrenamtliche an den Küsten Norderneys und Sylts gesammelt und für unsere Forschung zur Verfügung gestellt.*

Wie sind wir vorgegangen?

Nun, die ökologisch naheliegendste Herangehensweise ist die sogenannte wertstoffliche Verwertung, also das mechanische Recycling. Dabei wird sortenreiner Kunststoff, wie zum Beispiel Flaschen aus PET, erst gereinigt und dann zerkleinert. Anschließend wird er aufgeschmolzen und neu geformt – ein neues Produkt entsteht. So weit, so gut. Eigentlich.

Meeresmüll ist wegen des Salzwassers teilweise zersetzt und besteht häufig aus unterschiedlichen Plastiksorten. Das macht das Recycling schwierig. Doch unsere Forschung schreitet voran. (C) Hee, J et al. Processes 2021

Das Problem: Meeresmüll ist selten sortenrein. Der Kunststoff ist häufig komplex zusammengesetzt, stark verschmutzt und teilweise schon zersetzt. Das mechanische Recycling ist deshalb oft nicht möglich.  Hier eignet sich die sogenannte „thermische Behandlung“, um die im Plastik gebundene Energie zurückzugewinnen, das Material wird verbrannt. Doch zurück in den Kreislauf gelangt es so nicht. Eine Alternative bietet das chemische Recycling, bei dem die Kunststoffe (thermo-)chemische in ihre Bestandteile zerlegt werden –  und in der Industrie wiederverwendet werden können.

In unserer Studie haben wir die oben genannten Verfahren (Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung) erstmalig vergleichend analysiert und bewertet. Die Materialien haben wir zunächst zu Stoffgruppen zusammengefasst, die jeweilige Kunststoffart bestimmt, zerkleinert und anschließend für die Versuche genutzt.

Die Ergebnisse zeigen, dass die gemischten und verwitterten Kunststoffe durch thermochemische Prozesse grundsätzlich recycelt werden können und unsere Technologien  vor keine großen Herausforderungen stellen.

Zerkleinertes „Marine Litter“, das wir für die thermochenischen Verfahren genutzt haben. (C) Johann Hee (TEER)

Außerdem stellen wir in unserer Studie einen Ausblick dar, wie die durch das oben beschriebene Verfahren der Pyrolyse entstandenen Kondensate biotechnologisch, also mit Mikroben, in wertvolle und umweltfreundliche Moleküle umgewandelt und „upgecycelt“ werden. Diese Kopplung von Verwertung und Upcycling ist ein innovativer Ansatz. So können selbst Kunststoffabfälle in eine Kreislaufwirtshaft reintegriert werden, die für das klassische das mechanische Recycling ungeeignet sind.

Professor Lars M. Blank, Leiter des Instituts für angewandte Mikrobiologie, Projektpartner und Co-Autor der Publikation erklärt es so: „Die Valorisierung von Pyrolyseölen ist herausfordernd, speziell von Pyrolyseölen aus Mischplastik wie ‚Marine Litter‘. Aus einer Vielzahl unterschiedlicher Moleküle bzw. Chemikalien wird ein Wertstoff hergestellt. Damit dies nicht nur in Ansätzen funktioniert, sondern wirklich zum Wiederverwerten von Plastik beiträgt, und somit zu einer Reduktion der Nutzung von fossilen Rohstoffen führt, arbeiten wir über Fachgebietsgrenzen hinweg.“

So sehen die Kondensate nach der Pyrolyse aus. Mikroben können sie in umwelfreundliche Moleküle umwandeln und „upcyceln“. (C) Hee, J et al. Processes 2021

Die erhobenen Daten bilden die Grundlage für die Bewertung und Anwendung möglicher Behandlungsoptionen für Meeresmüll und bieten Ansatzpunkte für weiterführende Forschung, um Meeresabfall zukünftig in die Kreislaufwirtschaft zurückzuführen.

Wir konnten mit unserer Publikation ein neues Forschungsfeld eröffnen und auch aufzeigen, wie viel weitere Forschung noch notwendig ist – dafür bleiben wir dran!

Die Publikation kann kostenlos hier eingesehen und heruntergeladen werden https://www.mdpi.com/2227-9717/9/1/13.

*Vielen Dank an die FÖJlern (FÖJ: Freiwilliges Ökologisches Jahr) und ehrenamtlichen Mitarbeitern des Wattenmeer-Besuchszentrums Norderney und des Erlebniszentrums Naturgewalten Sylt für die Sammlung und Bereitstellung des Meeresmülls!