doc - ChidS

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Protokoll zum
Experimentalvortrag
über
„Kunststoffrecycling“
Hinweis:
Dieses Protokoll stammt von der Seite www.chids.de (Chemie in der Schule).
Dort können unterschiedliche Materialien für den Schulunterricht heruntergeladen werden,
unter anderem hunderte von Experimentalvorträgen so wie der vorliegende:
http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html
von
Oliver Strauch
Jahnstr.6
35239 Steffenberg
Matr.-Nr.: 1517260
zum Vortrag vom 23.01.2008
Inhaltsverzeichnis:
1. Einleitung ............................................................................................................................ 3
1.0 Vorab:............................................................................................................................. 4
2. Kunststoffabfälle ............................................................................................................... 5
2.1 Trennungsmethoden ................................................................................................. 6
2.1.0 Demo 1: Windsichter ......................................................................................... 6
2.1.1 Demo 2: Schwimm-Sink-Verfahren................................................................. 7
2.1.2 Versuch 1: SD-Verfahren ................................................................................... 9
3. Recyclingverfahren ........................................................................................................ 14
3.1 Werkstoff – Recycling ............................................................................................. 14
3.1.0 Einleitung............................................................................................................. 14
3.1.1 Versuch 2: Polystyrol lösen und wieder aufschäumen .......................... 14
3.1.2 Demo 3: Umschmelzen .................................................................................... 16
3.1.3 Versuch 3: PE aus Tetrapack ......................................................................... 17
3.1.4 Fazit zum werkstofflichen Recycling: .......................................................... 18
3.2. Rohstoffliches Recycling ...................................................................................... 20
3.2.1 Einleitung: ........................................................................................................... 20
3.2.2 Solvolyse: ............................................................................................................ 20
3.2.3 Hydrierung: ......................................................................................................... 21
3.2.4 Thermolyse/Pyrolyse: ...................................................................................... 22
3.2.5 Versuch 4: Pyrolyse .......................................................................................... 22
3.2.6 Synthesegasherstellung .................................................................................. 26
3.2.7 Einsatz im Hochofenprozess ......................................................................... 26
3.2.8 Versuch 5: Eisenherstellung .......................................................................... 26
3.2.9 Fazit zum rohstofflichen Recycling .............................................................. 28
3.3 Energetische Verwertung: ...................................................................................... 29
3.3.1 Einleitung: ........................................................................................................... 29
3.3.2 Versuch 6: Verbrennen von PVC................................................................... 29
3.3.3 Fazit zur energetischen Verwertung: ........................................................... 32
4. Fazit: ................................................................................................................................... 33
5. Schulrelevanz: ................................................................................................................. 35
6. Literatur: ............................................................................................................................ 36
2
1. Einleitung
Seit den 70er Jahren ist Recycling in Deutschland ein hochaktuelles Thema. Zu
dieser Zeit wurde der Abfall zumeist auf Deponien gelagert und es gab nur wenige
Verbrennungsanlagen. Prognosen ergaben, dass man etwa in 20 Jahren im eigenen
Abfall ersticken werde, wenn man die Entsorgung der anfallenden Abfälle nicht
umstrukturieren würde. Durch mehr Verbrennungsanlagen und sichere Deponien
versuchte man das Problem in den Griff zu bekommen. Jedoch kam man schon bald
zu der Einsicht, dass Abfälle Wertstoffe sind. Aus dieser Einsicht heraus sind viele
Abfälle viel zu schade, um einfach verbrannt zu werden, denn durch die
Wiederverwertung ist eine nicht zu vernachlässigende Ressourcenschonung
möglich. Auf Seiten der Politik wurden nun Überlegungen angestellt, wie man eine
bestmögliche Verwertung der Abfälle sicherstellen könnte. Da es den Rahmen dieses
Protokolls sprengen würde, alle Abfälle und deren Verwertung zu behandeln, werde
ich mich ab jetzt nur noch mit Kunststoffabfällen beschäftigen. Die Politiker kamen zu
dem Schluss, dass eine effektive Abfallverwertung schon bei der Herstellung des
Produkts angelegt sein muss und somit wurde die Produktverantwortung ins Leben
gerufen.
Die
Produktverantwortung
Verpackungsverordnung
wurde
niedergeschrieben
und
1991
beinhaltet
erstmals
die
in
der
unentgeltliche
Rücknahmepflicht von gebrauchten Verpackungen für den Hersteller. Dazu ist der
Hersteller angehalten so zu produzieren, dass wenige Produktionsabfälle anfallen
und dass die Reststoffe umweltverträglich verwertet oder beseitigt werden können.
Somit wurde der Grundsatz gelegt: „Müll Vermeidung vor Verwertung vor
Beseitigung“ (http://de.wikipedia.org/wiki/M%C3%BCll, Stand 19.5.08). Von Seiten
der Hersteller wurde daraufhin der „Grüne Punkt“, das heutige Duale System
Deutschland (DSD), gegründet. Die Hersteller bezahlen an das DSD eine
Lizenzgebühr und das DSD kümmert sich dann um die Einsammlung und
Verwertung der Abfälle. 1998 wurde die Verpackungsordnung überarbeitet. Dort
wurde festgelegt, dass 60 % der Altkunststoffe zu verwerten sind, davon wiederum
60 % werkstofflich. Dazu wurde die energetische Verwertung zugelassen.
Wir werden die unterschiedlichen Verfahren der Verwertung mit ihren Vor- und
Nachteilen betrachten. Zunächst jedoch werden wir uns die Beschaffenheit der
Kunststoffabfälle und deren Vorkommen anschauen.
3
1.0 Vorab:
In den meisten Versuchen ist die Rede von Kunststoffgranulat. Das bedeutet, der
Kunststoff liegt in kleinen Kügelchen, etwa halb so groß wie eine Erbse, vor. Die
bekommt man am leichtesten bei Unternehmen, die Kunststoffe verarbeiten. Jedoch
kann man aber auch genauso gut Kunststoffabfälle z.B. aus dem gelben Sack
nehmen und diese klein schneiden.
Oftmals sind:
Shampooflaschen aus Polyethylen (PE)
CD’s aus Polycarbonat (PC)
Joghurtbecher aus Polystyrol (PS) oder Polypropylen (PP)
Styropor aus Polystyrol (PS)
Abflussrohre oder Schläuche aus Polyvinylchlorid (PVC)
Getränkeflaschen aus Polyethylenterephthalat (PET)
Man sollte darauf achten, dass die Kunststoffe unterschiedliche Farben haben, damit
man in den Versuchen die gewünschten Effekte besser beobachten kann.
4
2. Kunststoffabfälle
2.0 Einleitung:
In Deutschland fielen 2003 4,01 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle an, von denen
die geforderten 60 % auch verwertet wurden. Die Kunststoffabfälle lassen sich in 4
Kategorien einteilen:
 Produktionsabfälle
 Angüsse…
 Siedlungsabfälle
 Verpackungen von Lebensmitteln
 Transportverpackungen
 Kühlschrankverpackungen, Folien, Styropor…
 Werkstoffabfälle
 Computergehäuse, Autokunststoffteile, Fensterrahmen…
Bei der Zusammensetzung der Altkunststoffe nehmen Verpackungen als kurzlebige
Güter heute eine dominierende Rolle ein. Nur ein Viertel der anfallenden Kunststoffe
hat eine Lebensdauer von etwa einem Jahr. 60 % aller Werkstoff-Kunststoffe haben
eine Nutzungsdauer von mehr als 8 Jahren. Besonders im Baubereich haben die
eingesetzten Kunststoffe eine Lebensdauer von über 30 Jahren.
Für die meisten Transportverpackungen und Werkstoffabfälle gibt es schon lange
eine Vielzahl von Sammelstellen. Beispiele dafür sind Styropor, Verpackungs- oder
Landschaftsfolien und PVC-Fenster. Diese Kunststoffabfälle können somit sortenrein
gesammelt werden und nahezu komplett recycelt werden. Sie gehen als
Sekundärrohstoff wieder in die Produktion von Transportverpackungen oder
Werkstoffen ein.
Ähnlich ist es bei den Produktionsabfällen. Diese bestehen aus Angüssen oder aus
fehlerhaften Produkten. Sie werden direkt bei der Produktion gesammelt, zerkleinert
und der Produktion wieder zugeführt.
5
Schwierig wird es bei gemischten Kunststoffabfällen. Die Wirtschaft verlangt saubere
und sortenreine Kunststoffe. Beides erfüllen die Siedlungsabfälle nicht. Ein Blick in
den gelben Sack bzw. die gelbe Tonne zeigt, dass oftmals die Verpackungen nicht
richtig gesäubert werden und dazu viele Kunststoffsorten bunt gemischt sind.
Die Alternative, alle Kunststoffabfälle sortenrein zu sammeln wäre viel zu teuer.
Somit werden erst alle Kunststoffabfälle eingesammelt und anschließend getrennt.
2.1 Trennungsmethoden
2.1.0 Demo 1: Windsichter
Chemikalien:
-
Papier
-
Folie
-
Styropor
-
PE-Granulat
Geräte:
-
Fön (Muss eine Kaltstufe haben)
-
1,5 L Getränkeflasche
-
Messer
-
Klebeband
-
Drahtnetz
Versuchsaufbau:
Flasche
Netz
Luftstrom
(Fön)
6
Durchführung/Beobachtung:
Eine gesäuberte und trockene Getränkeflasche wird etwa 10 cm vom Flaschenhals
entfernt durchgeschnitten. Dort wird nun ein Drahtnetz integriert und die Flasche
anschließend wieder zusammengeklebt. Nun schneidet man den Flaschenboden ab.
Der Flaschenhals wird, mit Klebeband, so mit einem Fön verklebt, dass man einen
Luftstrom durch die Flasche erhält. Jetzt gibt man in die Öffnung etwas Papier, Folie,
Styropor und PE Stücke (Da die Luftstromstärke von Fön zu Fön variiert, muss man
die Größe der Abfallstücke durch Probieren herausfinden). Darauf achten, dass der
Fön auf „Kalt“ steht, da sonst das Klebeband anschmilzt. Schaltet man den Fön ein,
wird zuerst die Folie, dann das Papier und zuletzt das Styropor herausbefördert. Die
PE Stücke bleiben auf dem Drahtnetz liegen.
Auswertung/Hintergrund:
Ein Windsichter beruht auf dem schon lange bekannten Prinzip: „Die Spreu vom
Weizen trennen“. Dabei wird das Korn durch den Dreschflegel von der Spreu
getrennt. Beides wird dann in die Luft geworfen. Der Wind transportiert die leichtere
Spreu ab und das schwerere Korn fällt zu Boden.
Bei
einem
Windsichter
werden
die
schwebefähigen
und
weniger
dichten
Kunststoffabfälle mitgerissen und können so von den übrigen Abfällen getrennt
werden. Ein großer Vorteil dieser Trennungsmethode ist, dass sie kein Wasser und
kein Reinigungsmittel verbraucht. Dazu lassen sich Folien sehr gut abtrennen.
Jedoch erreicht diese Methode sehr schnell ihre Grenzen. Sind die Abfälle feucht
oder nass, können sie durch einen Windsichter nicht mehr getrennt werden. Ein
weiterer Nachteil ist, dass man nach der Trennung noch keine sortenreine
Kunststoffe vorliegen hat. Denn durch den Windsichter lassen sich Folien, die oftmals
aus PET bestehen abtrennen, aber Flaschen aus PET werden nicht abgetrennt.
Dazu kann keine völlige Auftrennung der Kunststoffe erfolgen.
2.1.1 Demo 2: Schwimm-Sink-Verfahren
Chemikalien:
-
PE-Granulat (rot)
-
PC-Granulat (blau)
7
-
ention. Wasser (Trennmedium)
Geräte:
-
250 mL Schraubdeckelglas
-
Glasstab
Versuchsaufbau:
Schraubdeckelglas
PE – Granulat
Trennmedium H2O
PC - Granulat
Durchführung/Beobachtung:
Ein 250 mL Becherglas wird mit 200 mL ention. Wasser gefüllt. Nun gibt man etwas
PE-Granulat und die gleiche Menge PC-Granulat dazu (PE und PC sollten von
unterschiedlicher Farbe sein), schließt das Glas und schüttelt. Nun dreht man das
Glas auf den Kopf und schwenkt das Glas leicht und schlägt mehrmals mit der Hand
leicht gegen das Glas. Das PC-Granulat sinkt auf den Boden und das PE-Granulat
schwimmt auf dem Wasser.
Auswertung/Hintergrund:
Das Schwimm-Sinkverfahren ist das am meisten genutzte Trennungsverfahren. Es
beruht auf den unterschiedlichen Dichten der einzelnen Kunststoffe. Nachfolgend
sind einige Kunststoffe und ihre Dichten aufgeführt:
Kunststoff
Dichte  [g/cm3]
Polypropylen PP
0,90 – 091
Polyethylen PE
0,91 – 0,95
8
Polystyrol PS
1,05
Polycarbonat PC
1,19 – 1,24
Polyethylenterephthalat PET
1,37
Ein großer Vorteil dieser Trennmethode ist, dass man mit Wasser als Trennmedium
PP und PE von den übrigen Kunststoffabfällen trennen kann.
Im Labormaßstab kann man auch ein Gemisch aus den oben gezeigten Kunststoffen
trennen, indem man sich Lösungen mit Dichten zwischen den einzelnen
Kunststoffdichten herstellt. Dazu wird Ethanol, Wasser und eine gesättigte
Natriumthiosulfatlösung verwendet. Eine Dichtespindel ist sehr hilfreich zum
überprüfen der einzelnen Dichten. Somit kann man nach und nach immer eine
Kunststoffsorte vom dem verbleibenden Rest trennen. Aber selbst im Labormaßstab
ist es schwierig, PE von PP zu trennen. Denn man muss die Dichte 0,91 g/cm 3 exakt
einstellen und die Abfälle müssen sauber sein, da sich die Dichte sonst wieder
verändert.
2.1.2 Versuch 1: SD-Verfahren
Chemikalien:
-
Xylol (Gemisch aus ortho-, meta- und para-Xylol) (Xn; R: 10-20/21-38; S: 25)
-
Silikonöl
-
PE-Granulat (blau) (sehr feine, kokosraspelgroße Stücke)
-
PP-Granulat (orange) ( einmal sehr fein (kokosraspelgroß) und einmal grob)
-
PET-Granulat (brau) (grobe Stücke)
Geräte:
-
2 Dimrothkühler NS 14
-
Wasserschläuche
-
Wasserwächter
-
Schlauchklemmen
-
2 250 mL 2 Halsrundkolben je NS 14
-
2 Kristallisierschalen
9
-
Feststofftrichter
-
2 Stopfen NS 14
-
Keckklemmen
-
Stativmaterial
-
2 Hebebühne
-
4 Rührfische
-
2 Heizrührer
-
25 mL Messpipette
-
2 Keramikschälchen
Versuchsaufbau:
2 0o
20o
Dimr o thkü hle r
2 5 0 mL Z w eih a ls r u nd ko lbe n
NS1 4
7
o
5 00 m L
K r is ta llis ie r s c h a le
Ölbad
Heiz r üh r e r
1 00
12 0
80
60
1 40
40
o
C
16 0
^
Durchführung/Beobachtung:
Die Apparatur wird wie oben gezeigt in doppelter Ausführung aufgebaut. Nun gibt
man in jeden Kolben 25 mL Xylol. Die Heizrührer werden so eingestellt, dass Xylol
einmal eine Temperatur von ca. 120 °C (Kolben A) und im anderen Kolben eine
Temperatur von ca. 140 °C (Kolben B) hat. Dabei müssen die Heizrührer
entsprechend höher gestellt werden (Bitte darauf achten, dass die Kühlung stets
läuft). In ein Keramikschälchen gibt man eine Mischung von feinem PE-Granulat und
grobem PP- und PET-Granulat. In einem zweiten Schälchen stellt man eine
Mischung aus feinem PP- und grobem PET-Granulat bereit. Nun gibt man die
Mischung aus PP, PE und PET in das 120 °C heiße Xylol. Die Mischung aus PP und
10
PET wird in das 140 °C heiße Xylol gegeben. Schon nach einer Minute verfärbt sich
die Lösung in Kolben A von farblos hin zu blau und in Kolben B von farblos hin zu
orange. Nach zwei Minuten sind in Kolben A nur noch PP- und PET- und in Kolben B
nur noch PET-Granulat zu sehen. Nun werden die Heizrührer ausgestellt und das
Ölbad abgesenkt. Die Kühlung lässt man jedoch noch einige Minuten laufen.
Auswertung/Hintergrund:
SD steht für „selective dissolution“. Das bedeutet selektives Auflösen. Als
Lösungsmittel wird ein Gemisch aus Xylol verwendet:
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
p-Xylol
m-Xylol
o-Xylol
Xylol ist ein gutes Lösungsmittel für viele Kunststoffe. Es besitzt durch die
Kohlenstoffketten unpolaren, aber durch den Aromaten auch polaren Charakter.
Die Trennungsmethode des SD-Verfahren beruht darauf, dass sich die einzelnen
Kunststoffe bei verschiedenen Temperaturen in Xylol lösen:
~ 160 °C PVC
~ 145 °C PET
~ 125 °C PP
~ 110 °C PE
~ 20 °C PS
Um ein Gemisch aus diesen Kunststoffen zu trennen, geht man wie folgt vor: Eine
Xylol-Lösung wird auf ca. 100 °C erwärmt. Nun gibt man das Gemisch hinzu und
wartet, bis sich Polystyrol komplett gelöst hat. Dann wird die Lösung abgezogen und
neues Xylol hinzugegeben. Nun erwärmt man auf 120 °C und wartet bis sich
11
Polyethylen komplett gelöst hat und zieht diese Lösung wieder ab. Dieses Verfahren
wird wiederholt, bis nur noch ein Kunststoff übrig bleibt. Beim Abkühlen der
abgezogenen Lösungen fallen die Kunststoffe als hochreines Pulver wieder aus.
Bleibt zu klären, warum sich die einzelnen Kunststoffe bei verschiedenen
Temperaturen lösen. Das liegt an den unterschiedlich starken Anziehungskräften in
den jeweiligen Polymerketten. Dazu betrachten wir beispielhaft Polyethylen und
Polyvinylchlorid:
H
Cl
H
C
Cl
C
C
H
C
H
H
H
n
Polyvinylchlorid
Polyethylen
Die zwischen den Polyethylenketten wirkenden Van-der-Waals Kräfte sind deutlich
schwächer
als
die
Wasserstoffbrückenbindungen
zwischen
den
Polyvinylchloridketten. Daher sind diese erst bei höherer Temperatur und der damit
höheren Kettenbewegung in Lösung zu bringen. Dagegen kann Polyethylen sehr
leicht in Lösung gebracht werden.
Abschließend bleibt zu sagen, dass das SD-Verfahren ein sehr sauberes, aber auch
ein sehr teures Trennungsverfahren ist und nur bedingt zum Einsatz kommt.
2.1.3 Fazit zu Kunststoffabfällen
Zurzeit wird sehr scharf über die Sinnhaftigkeit des „Duales System Deutschland“
und des „grünen Punktes“ diskutiert. Zum einen fragen sich viele Bürger, warum eine
Shampooflasche aus PE mit dem grünen Punkt darauf in den gelben Sack gehört,
und eine andere Shampooflasche aus PE, die nicht mit dem grünen Punkt
gezeichnet ist, in den Restmüll gehört. Diese Frage ist auch durchaus berechtigt.
Denn eigentlich sollte man ja alle Kunststoffabfälle im Kunststoffmüll sammeln und
nicht nur die mit einem grünen Punkt darauf. Außerdem hat man in Großstädten
festgestellt, dass sich der Inhalt einer Restmülltonne vom Inhalt des Kunststoffmülls
12
nicht mehr unterscheidet. Daher ergibt sich von Seiten der Politik die Überlegung den
kompletten Müll unsortiert einzusammeln und erst danach zu sortieren. Die
gesparten Kosten können dann in bessere Sortiermaschinen investiert werden.
Außerdem
wird
dem
DSD
vorgeworfen,
einen
Großteil
der
Abfälle
in
Verbrennungsanlagen zu entsorgen und nicht ernsthaft darum bemüht zu sein,
bessere Verwertungsquoten zu erzielen.
Ein weiteres Problem stellen Trittbrettfahrer da. Das sind solche Unternehmen, die
keine Lizenzgebühr an das DSD bezahlen, jedoch z.B. deren Verpackungen
ebenfalls von den Bürgern in den gelben Sack gegeben werden. Diese Unternehmen
bieten an, den Müll zurück in ihre Verkaufstellen zu bringen, was aber kaum ein
Bürger macht, da es viel bequemer ist, den unlizenzierten Müll einfach mit dem
anderen Müll zu entsorgen. Dies von Seiten der Politik zu kontrollieren ist sehr
schwer.
Daher
haben
aber
die
angesprochenen
Unternehmen
einen
Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Unternehmen, die sich am DSD beteiligen,
da sie kaum Kosten für die Beseitigung der Abfälle haben. Auf diesem Gebiet wird es
wohl in den nächsten Jahren einige Veränderungen von Seiten der Politik geben
müssen.
13
3. Recyclingverfahren
3.1 Werkstoff – Recycling
3.1.0 Einleitung
Werkstoff-Recycling ist ein physikalisches Recycling. Das bedeutet, dass Altkunstoffe
zu neuen Formteilen umgeschmolzen werden, jedoch chemisch keine Veränderung
der Kunststoffe vorgenommen wird.
Werkstoffrecycling ist sehr effektiv, wenn die Altkunststoffe sortenrein und sauber
vorliegen.
Dies
ist
bei
Produktions-
und
Verarbeitungsabfällen,
bei
Transportverpackungen oder Werkstoffabfällen der Fall. Dort halten sich die
unvermeidlichen Eigenschaftsverschlechterungen (Downcycling) in Grenzen. Dazu
liegt der energetische Aufwand gering und die Rezyklate finden einen Markt.
Für Styropor gibt es schon lange deutschlandweit Sammelstellen. Im nächsten
Versuch wird die Wiederaufarbeitung von Styropor durchgeführt.
3.1.1 Versuch 2: Polystyrol lösen und wieder aufschäumen
Chemikalien:
-
Styropor
-
Essigsäureethylester (F, Xi, R: 11-36-66-67; S 16-26-33)
-
Pentan (F, Xn, N R: 51/53-65-66-67; S 9-16-29-33-61-62)
-
Ention. Wasser
Geräte:
-
Heizrüher mit Rührfisch
-
Pinzette
-
Uhrglas
-
2x 250 mL Becherglas
-
50 mL Becherglas
-
Waage
-
Messer
-
Messzylinder 50 mL
14
Durchführung/Beobachtung:
200 ml Wasser werden in einem Becherglas mit der Heizplatte bis zum Sieden
erhitzt. In 10 mL Essigsäureethylester wird 1 g Styropor gelöst. Eindrucksvoll ist,
wenn man sich vorher eine Styroporsäule ausschneidet und diese dann in den
Essigsäureethylester drückt und diese verschwindet. Nun legt man 100 mL Pentan
vor und gibt die Essigsäureethylesterlösung hinzu. Das Becherglas wird kurz
geschwenkt und nun fischt man mit einer Pinzette aus der trüb gewordenen Lösung
einen Klumpen heraus und legt diesen für ca. 20 Sekunden auf ein Uhrglas. Danach
wird dieser in das
siedende Wasser gegeben. Man kann beobachten, wie sich
wieder eine Schaumstruktur ausbildet.
Auswertung/Hintergrund:
Essigsäureethylester
Polystyrol

Pentan

O

H3C



O

CH3

n
Betrachtet man die Strukturformeln von Polystyrol und Essigsäureethylester, stellt
man fest, dass beide mäßig polar sind. Gemäß „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“ löst
sich Polystyrol in Essigsäureethylester. Pentan ist unpolar und ist ein deutlich
schlechteres
Lösungsmittel
für
Polystyrol.
Gibt
man
nun
die
Essigsäureethylesterlösung mit dem gelösten Styropor in einen Überschuss von
Pentan,
so
fällt
das
Polystyrol
wieder
aus,
da
durch
„Verdünnen“
der
Essigsäureethylesterlösung die einzelnen Polystyrolketten nicht mehr solvatisiert
werden können und das Pentan das Zusammenlagern nicht verhindern kann.
Der herausgefischte Klumpen wird kurz auf ein Uhrglas gelegt, damit das anhaftende
Pentan verdampfen kann. Jedoch ist Pentan in den Poren des ausgefallenen
Polystyrols eingelagert. Dieses verdampft durch das siedende Wasser,bläht somit die
Poren auf und man erhält wieder eine Schaumstruktur.
15
3.1.2 Demo 3: Umschmelzen
Chemikalien:
-
PE-Granulat
-
Silikonöl
-
Alufolie
Geräte:
-
Plätzchenbackform (Stern)
-
Heizrührer
-
Heißluftfön
-
Spatel
Durchführung/Beobachtung:
Man kleidet eine Plätzchenbackform, z.B. einen Stern mit Alufolie aus und schmiert
die Form mit Silikonöl komplett und reichlich ein. Nun gibt man 5 g PE-Granulat
hinein. Die Form wird nun auf die ca. 200 °C heiße Heizplatte gestellt. Zusätzlich wird
mit einem Heißluftfön von oben geheizt. Nach ca. 10 Minuten sind die PE-Stücke
weich genug und man kann sie mit einem Spatel (eingeölt) passend in die Form
drücken. Die Form wird anschließend mit Eiswasser abgeschreckt und man kann den
fertigen PE-Stern herausnehmen.
Auswertung/Hintergrund:
Dieser so hergestellte Stern zeigt die übliche Vorgehensweise des werkstofflichen
Recyclings. Die sortenreinen Altkunststoffe werden gesammelt, eingeschmolzen und
in die gewünschte Form gebracht. Dabei ist darauf zu achten, dass man die
Verarbeitungstemperatur einhält. Erreicht man sie nicht, ist keine Verformung
möglich. Überschreitet man sie, zersetzt sich der Kunststoff. Jedoch ist dieses
Verfahren sehr eingeschränkt. Die Kunststoffe müssen sortenrein sein. Man könnte
auch meinen, man könne niedere Produkte, wie die viel zitierte Parkbank, aus einem
Kunststoffabfallgemisch formen. Dabei treten jedoch folgende Probleme auf.
Vermischt man einen bruchfesten Kunststoff mit einem weniger bruchfesten
Kunststoff, so erhält das neue Gebilde ungewollte und vor allem unkontrollierbare
16
Bruchstellen. Diese ergeben sich daraus, dass die gemischten Kunststoffe sich
wieder entmischen und an den „Schnittstellen“ leicht brechen.
Dazu ist die Verarbeitung von manchen Kunststoffgemischen überhaupt nicht
möglich.
Zum
Beispiel
PVC
zersetzt
sich,
bevor
PP
überhaupt
seine
Erweichungstemperatur erreicht hat.
3.1.3 Versuch 3: PE aus Tetrapack
Chemikalien:
-
Ethanol (F, R: 11; S 7-16)
-
Tertapackschnipsel
-
Tert-Butylbenzol
-
Aktivkohleabsorber
Geräte:
-
Heizrührer mit Rührfisch
-
Büchnertrichter mit Filterpapier
-
2x 250 mL Enghalserlenmeyerkolben
-
Durchbohrter Stopfen
Versuchsaufbau:
Aktivkohleabsorber
300
Erlenmeyerkolben
250
300 mL
200
150
100
100
120
80
60
140
40
o
C
Heizrührer
160
^
17
Durchführung/Beobachtung:
In einen 250 mL Enghalserlenmeyerkolben werden 20 mL tert-Butylbenzol und 1 g
Tetra-Pack-Schnipsel gegeben und dieser dann mit einem Aktivkohlabsorber
verschlossen. Die Mischung wird 15 Minuten bei 120 °C gerührt. Dann haben sich
Papier und Aluminium voneinander getrennt. PE und etwas Farbstoff ist in Lösung
gegangen. Die Lösung wird nun in einen mit 100 mL Ethanol gefüllten
Erlenmeyerkolben filtriert. Man erhält sofort einen weißen Niederschlag. Nach
einigen Minuten agglomeriert der Niederschlag zu weißen Flocken.
Auswertung/Hintergrund:
Polyethylen ist sehr beständig gegen Wasser, Säuren und Laugen und wird daher oft
in Getränkekartons eingesetzt. Ein Tetra-Pack ist ein Verbundstoff aus Aluminium,
Papier und Polyethylen. In diesem Versuch wird PE aus einem Tetra-Pack isoliert,
um es anschließend wieder verwenden zu können. Die Versuchserklärung ist anlog
zu der in Versuch 2. Wieder gilt „Ähnliches löst sich in Ähnlichem“.


HO


n
Tert. -Butylbenzol
Polyethylen
Ethanol
Tert-Butylbenzol und Polyethylen sind beide unpolar und PE geht in Lösung.
Aluminium und Papier bleiben als Feststoff erhalten und können so durch Filtration
abgetrennt werden. Gibt man nun die Lösung in einen Überschuss von Ethanol, fällt
PE aus, da Ethanol ein mäßig polares Lösungsmittel ist, PE nicht solvatisiert und
damit nicht in Lösung hält.
3.1.4 Fazit zum werkstofflichen Recycling:
Werkstoffliches Recycling ist sehr effektiv und hat sich bewährt, wenn man große
Mengen, an wenigen Orten anfallende, sortenreine Altkunststoffe hat. Kosten und
18
aufzuwendende Energie sind gerechtfertig. Schwierig ist hingegen die Handhabung
von gemischten Altkunstoffen. Dort kommt das werkstoffliche Recycling oftmals an
seine Grenzen. Sortenrein zu sammeln ist wie oben schon ausgeführt zu teuer.
Daher werden wir uns nun zwei weitere Recyclingmethoden anschauen.
19
3.2. Rohstoffliches Recycling
3.2.1 Einleitung:
Beim rohstofflichen Recycling werden Altkunststoffe in ihre Ausgangssubstanzen
oder in chemisch/petrochemische Rohstoffe gespalten. Diese können dann wieder
ohne Eigenschaftsverschlechterung zur Herstellung von Kunststoffen oder anderen
Produkten benutzt werden. Dabei gibt es verschiedene Verfahren, von denen wir uns
die wichtigsten hier anschauen werden.
3.2.2 Solvolyse:
Kondensationspolymere wie PET, PA (Polyamid) oder PUR (Polyurethan) lassen
sich durch spezielle Lösungsverfahren mit Wasser oder Alkoholen zurück in ihre
Monomere spalten. Wir werden nun eine Solvolyse am Beispiel vom Polyester PET
anschauen:
PET = Polyethylenterephthalat
O
O
O
O
n
PET
wird
schon
lange
für
Textilien
und
Folien
benutzt.
Ein
weiteres
Anwendungsgebiet ist in den letzten Jahren dazu gekommen, die Herstellung von
Flaschen.
Gibt man zu PET wässrige Natronlauge erfolgt eine alkalische Esterspaltung: Das
Hydroxid-Ion
greift
Verschiebung
von
Terephthalsäure.
nucleophil
am
Kohlenstoff
Elektronendichten
Das
di-Ethanolat
entsteht
ist
sehr
der
Estergruppe
an.
formal
ein
di-Ethanolat
instabil
und
wird
Durch
durch
und
die
Terephthalsäure zum Ethylenglykol protoniert. Durch Ansäuern mit Salzsäure wird
die Terephthalsäure zurück erhalten. PET kann durch diese Reaktion wieder in seine
Ausgangsstoffe gespalten werden. Die so hergestellte Terphthalsäure und das
Ethylenglykol können ohne Einschränkungen wieder für die Produktion von PET
eingesetzt werden.
20
O
O
O
O
O
O
O
NaOH / H 2O
O
OH
n
n
O
+
+
Na
OH
Na
O
n
O
+
n
HO
O
+
+H /-H
+
O
n
OH
HO
+
O
+
n
Na
O
O
+
Na
HCl / H 2O
O
n
OH
HO
+
O
+
n
HO
Ethylenglykol
2 n NaCl
OH
Terephthalsäure
3.2.3 Hydrierung:
Die Altkunststoffe oder Kunststoffabfälle werden bei ca. 350 °C abgebaut und
anschließend bei 450 °C und 300 bar hydriert, das heißt, mit Wasserstoff gespalten.
Bei diesen Bedingungen werden die Makromoleküle überwiegend in flüssige,
21
gesättigte Kohlenwasserstoffe gespalten. Vorteil der Hydrierung ist, dass man
Mischkunststoffe und auch Kunststoffe aus dem Elektrobereich verwerten kann.
3.2.4 Thermolyse/Pyrolyse:
Thermolyse bedeutet, dass die Altkunstoffe mit hoher Temperatur gespalten werden.
Durch Einwirkung von Wärme werden die zerkleinerten Altkunststoffe zunächst
verflüssigt. Eventuell vorliegendes Chlor, das vom sich zersetzenden PVC stammt,
wird als Salzsäure abgetrennt. Die flüssigen Altkunststoffe werden weiter erhitzt und
zersetzen sich. Dabei entstehen Gase und Öle im Verhältnis 1:1.
3.2.5 Versuch 4: Pyrolyse
Chemikalien:
-
PP-Granulat
-
PE-Granulat
-
PS-Granulat
-
Glaswolle
-
Eis
Geräte:
-
Schwerschmelzbares Reagenzglas mit durchbohrtem Gummistopfen
-
Stativmaterial
-
U-Rohr
-
Glasrohre
-
Bunsenbrenner
-
Schlauchstücke
-
600 mL Becherglas
-
Hebebühne
22
Versuchsaufbau:
U-Rohr
Gew inkeltes Glasrohr mit Spitze
PP/PE/PS
600
Eisbad
8 0 0 mL
400
Schw erschmelzbares Reagenzglas
200
Bunsenbrenner
Hebeühne
Durchführung/Beobachtung:
Bei diesem Versuch sollte man darauf achten, die Apparatur möglichst klein zu
gestalten. Das bedeutet kurze Verbindungsstrecken, ein kleines U-Rohr und auch
kurze Glasrohre. Das spart viel Zeit und die gewünschte Entzündung der
entstehenden Gase ist deutlich eindrucksvoller.
Die Apparatur wird, wie oben dargestellt, im Abzug aufgebaut. Bevor man das
gewinkelte Glasrohr mit der Spitze mit dem U-Rohr verbindet, wird etwas Glaswolle
in den Bogen des Glasrohres geschoben, um zu verhindern, dass die Flamme sich in
die Apparatur zieht. Zunächst wird das Kunststoffgemisch nur vorsichtig erwärmt, um
das Reagenzglas nicht zu zerstören. Dann wird mit rauschender Flamme weiter
erhitzt. Nach kurzer Zeit verflüssigt sich das Kunststoffgemisch und es steigt weißgelblicher Nebel auf. Im U-rohr entsteht eine gelbliche, zähe Flüssigkeit. Hat der
Nebel das Glasrohr mit der Spitze erreicht, kann er dort entzündet werden. Dabei
sollte man mit dem Bunsenbrenner noch etwa 10 Sekunden weiter erhitzen, um eine
bleibende, gut sichtbare Flamme zu erhalten. Nun wird der Bunsenbrenner
ausgeschaltet. Die Apparatur bleibt noch mindestens 15 Minuten im Abzug stehen,
so dass sie abkühlen kann und keine Gase mehr entstehen.
23
Auswertung/Hintergrund:
Bei einer Pyrolyse von PE/PP/PS entstehen Alkane, Alkene und auch Aromaten. Die
ablaufenden Reaktionen werden nun am Beispiel PE betrachtet.
Die hohen Temperaturen führen zu einem homolytischen Bindungsbruch von C-C
und
C-H Bindungen. Dabei entstehen lang- und kurz-kettige Radikale, sowie
Bildung von Radikalen
Wasserstoffradikale.

R + CH 3CH 2CH 2

CH 2-R + CH 2CH 3

CH 3CH 2CH 2-R
CH 2CH 2-R + CH 3

H+
CH 3CHCH 2-R
Durch Rekombination von Radikalen erhält man nun sehr kurze bis sehr lange
Kohlenwasserstoffe:
Kombination von Radikalen
+ CH3
C 2H6
CH 3
CH2CH3
C3H8
+ CH2CH2-R
R
R-CH 2CH 2-R
Dazu entstehen neben Alkanen
Alkan- auch
undAlkene:
Alkenbildung
H
H
H3C CH
H3C CH 2
CH 2
CH2
CH3 +
H3C CH
CH2
Propen
Ethan
H
H
H3C
CH2
CH 2
H2C
CH 2
H3C
CH2
CH2 + H2C
Propan
CH2
Ethen
24
Reagiert zum Beispiel ein Ethylradikal mit Propylradikal, entsteht durch eine
Wasserstoffradikalverschiebung vom Propyl- zum Ethylradikal, Ethan und Propen.
Ebenso entsteht natürlich auch Propan und Ethen.
Durch obige Reaktionen erhält man natürlich auch Diene und Dienophile, die unter
einer 1,4 Diels-Alder-Cycloadditon zu einer cyclischen Verbindung reagieren.
Bildung von cyclischen Verbindungen
Dien
Dienophil
Diels - Alder - 1,4 Cycloaddition
Bildung
von aromatischen Verbindungen
Aus der cyclischen Verbindung wird durch Eliminierung ein Aromat:
- 2 H2
Die Pyrolyse findet im Reagenzglas
statt. Dort werden die Kunststoffe erst verflüssigt
Eliminierung
und zersetzen sich dann. Durch die enorme Hitze werden die entstehenden Öle
gasförmig und steigen mit den entstehenden Gasen auf. Diese Öle werden in der
Kühlfalle verflüssigt und bleiben als zähe, gelbliche Flüssigkeit zurück. Die Gase
strömen aus der Apparatur und können entzündet werden. Man erhält eine blaugelbliche Flamme. Diese Flamme dient als Nachweis, dass brennbare Gase, Alkane
entstanden sein müssen.
25
3.2.6 Synthesegasherstellung
Die Synthesegaserzeugung erfolgt durch ein Festbettdruckverfahren, bei dem ein
Gemisch aus Braun- und Steinkohle mit Altkunststoffen zu einem Gemisch aus
Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Dieses Synthesegas wird zur
Herstellung von Methanol verwendet.
3.2.7 Einsatz im Hochofenprozess
Altkunststoffe können bei der Herstellung von Eisen erfolgreich eingesetzt werden.
Dafür muss nur sichergestellt sein, dass der Chlorgehalt der Altkunststoffe unter
1,5 % liegt. Dies ist notwendig, da sonst die Apparatur durch das Salzsäure
beschädigt wird.
3.2.8 Versuch 5: Eisenherstellung
Chemikalien:
-
Fe2O3
-
PE-Granulat
Geräte:
-
Reagenzglasklammer
-
Reagenzglas
-
Magnet
-
Bunsenbrenner
-
Seil
26
Versuchsaufbau:
Seil
Reagenzglas
Magnet
Durchführung/Beobachtung:
Ein Reagenzglas wird 3 cm hoch mit Fe2O3 und 3 PE-Granulatperlen gefüllt und
geschüttelt. Nun wird das Reagenzglas bis zur Röte geglüht und die Röte wird noch
etwa 30 Sekunden gehalten. Nach kurzem Abkühlen wird das Reagenzglas in die
Nähe des Magneten gebracht, welcher sich daraufhin zum Reagenzglas hin bewegt.
Auswertung/Hintergrund:
Dass der Magnet auf das Reagenzglas reagiert ist der Nachweis, dass Eisen
entstanden sein muss. Wie bei der Synthesegasherstellung wird zu Beginn das PEGranulat mit dem Luftsauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff umgesetzt:

 CO2  H2
Altkunststoffe  O2 

Das entstandene CO2 reagiert mit verbleibenden oder neu hinzu gegebenen
Altkunststoff zu Kohlenmonoxid:

 2 CO
Altkunststoff  CO2 

Das Kohlenmonoxid reduziert nun das Eisenoxid zu elementaren Eisen.
27
Auf die einzelnen Reaktionsgleichungen werde ich hier nicht genauer eingehen. Ziel
des Versuches war zu zeigen, dass Altkunststoffe direkt einen Teil des Schweröls,
das ansonsten zur Herstellung von Eisen eingesetzt wird, ersetzen können.
3.2.9 Fazit zum rohstofflichen Recycling
Unter
den
derzeitigen
Rahmenbedingungen
haben
sich
vor
allem
der
Hochofenprozess und die Vergasung zu Synthesegas bewährt. Durch das
rohstoffliche Recycling können große Mengen, auch vermischter Abfälle, verwertet
werden. Sortieren und Reinigen entfällt weitestgehend und ermöglicht somit eine
Kosteneinsparung.
Außerdem
wird
bei
der
Synthesegasherstellung
die
Shredderleichtfraktion aus der Altautoverwertung mit einem Kunststoffanteil von ca.
30 % erfolgreich eingesetzt. Dies ist natürlich ein großer Vorteil, da sonst nur die
Verbrennung dieser Kunststoffe als Verwertung bleiben würde. Dazu kommt, dass
die Produkte des rohstofflichen Recyclings praktisch uneingeschränkt wieder
eingesetzt werden können.
28
3.3 Energetische Verwertung:
3.3.1 Einleitung:
Energetische Verwertung bedeutet, dass die Altkunststoffe/Kunststoffabfälle unter
Nutzung der freiwerdenden Energie
verbrannt
werden.
Dies geschieht
in
Müllverbrennungsanlagen, in Heizkraftwerken oder zum Beispiel auch bei der
Zementherstellung. Kunststoffe sind „schnittfestes Erdöl“ und haben somit auch den
gleichen Heizwert wie Erdöl. Erdöl wird zum Heizen benutzt. Daher ergibt sich die
Frage, warum man Altkunststoffe/Kunststoffabfälle nicht auch zum Heizen benutzen
sollte.
Gesondert wollen wir uns an dieser Stelle mit dem Kunststoff PVC beschäftigen.
H
Cl
H
C
H
Cl
C
C
C
H
Cl
C
H
H
C
H
H
H
n
PVC ist vielseitig anwendbar und gut verarbeitbar. Jedoch wirft PVC erhebliche
Entsorgungsprobleme auf.
3.3.2 Versuch 6: Verbrennen von PVC
Chemikalien:
-
PVC-Stücke
-
AgNO3 (w=1 %) (C,N; R: 34-50/53; S: 26-45-60-61)
-
pH-Papier
Geräte:
-
Tiegelzange
29
-
Pinzette
-
2 Reagenzgläser
-
Bunsenbrenner
-
Durchbohrter Glasstopfen
-
Glasrohre
-
Stativmaterial
Versuchsaufbau:
Reagenzglas mit PVC
Reagenzglas mit Silbernitrat
Bunsenbrenner
Durchführung/Beobachtung:
a) Mit der Tiegelzange wird ein Stück PVC in die Flamme des Bunsenbrenners
gehalten, so dass das PVC-Stück selbst zu brennen beginnt. Nun wird ein
angefeuchtetes pH-Papier mit einer Pinzette in die entstehenden, schwarzen Dämpfe
gehalten, welches sich daraufhin rot färbt.
b) In ein Reagenzglas gibt man einige PVC-Stücke. In ein weiteres Reagenzglas gibt
man 10 mL einer frisch zubereiteten AgNO3-Lösung (w= 1 %). Die Apparatur wird
wie oben gezeigt aufgebaut. Nun wird mit dem Bunsenbrenner erhitzt. Es steigen
weiße Dämpfe auf. Im zweiten Reagenzglas bildet sich ein weißer Niederschlag. Der
Bunsenbrenner wird abgestellt.
30
Auswertung/Hintergrund:
Die Verarbeitungstemperatur von PVC liegt zwischen 150 und 210 °C.
Beim
Erhitzen mit dem Bunsenbrenner wird dieser Bereich deutlich überschritten, so dass
sich PVC zersetzt:
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
H
+ HCl
C
C
H
Cl
Die Zersetzung ist eine Eliminierungsreaktion, bei der Salzsäure abgespalten wird.
Eine E2 artige Eliminierung ist durchaus möglich, da der 180° Torsionswinkel
zwischen dem Chloratom und dem Wasserstoffatom gegeben ist. Jedoch scheint mir
eine
E1
artige
Eliminierung
wahrscheinlicher,
da
Chlorid
eine
passable
Abgangsgruppe ist und das verbleibende sekundäre Carbokation recht stabil ist.
E1cb scheidet völlig aus, da keine Base gegeben ist, die ein Proton abstrahieren
könnte.
Die rote Farbe des Indikatorpapiers aus Versuch a) zeigt an, dass eine Säure
entstanden sein muss. Um zu klären, ob es dabei wirklich um Salzsäure handelt,
dient Versuch b):
1 1
1 5 2
HCl(g)  AgNO3(aq)
1 1
1 5 2
AgCl(s)   HNO3(aq)
Durch Einleiten der Verbrennungsdämpfe erhält man einen weißen Niederschlag in
der AgNO3 Lösung. Salzsäure und Silbernitrat reagieren zu Salpetersäure und
Silberchlorid, welches schwerlöslich ist und als weißer Niederschlag ausfällt.
Bleibt zu klären, woher die schwarzen Verbrennungsdämpfe in Versuch a) kommen.
Durch die hohen Temperaturen findet nicht nur eine Zersetzung, sondern auch eine
Verbrennung des PVC statt:
PVC  O2
4 2
2 2
0
1 1
CO2(g)  CO(g)  C(s)  HCl(g)  H2O(g)
31
Dabei entsteht neben Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Salzsäure und Wasser auch
elementarer Kohlenstoff, der als schwarzer Dampf (Ruß) zu sehen ist.
3.3.3 Fazit zur energetischen Verwertung:
Obwohl man mittlerweile viele Recyclingverfahren entwickelt hat, ist die Verbrennung
von Altkunststoffen unter Energiegewinnung zweifellos ökologisch und ökonomisch
unverzichtbar, zumal es immer Kunststofffraktionen geben wird, die stofflich nicht
sinnvoll zu verwerten sind. Dazu zählen auch umwelt oder arbeitshygienisch
bedenkliche Altkunststoffe, wie zum Beispiel Benzinkanister oder Altkunststoffe, die
mit anderen Materialien einen engen Verbund bilden, wie zum Beispiel Kunststoffe
aus dem Elektrobereich. Für derartige Altkunststoffe ist die Verbrennung unter
Nutzung des Energiegehalts der einzig vernünftige Verwertungsweg. Daher wurde
1998 die energetische Verwertung erstmals als Verwertung und nicht als Beseitigung
von Altkunststoffen angesehen. Aufwendig hingegen ist die Abgasreinigung. Die
entstehenden Verbrennungsgase sind sehr giftig und müssen gereinigt werden.
Dabei ist besonders Vorsicht geboten, da bei der Verbrennung Dioxine und Furane
frei werden. Dioxine und Furane sind um ein vielfaches giftiger als Cyanide. In den
80er Jahren waren Müllverbrennungsanlagen das Symbol für Vergiftung der Umwelt.
Die Bürger wehrten sich gegen die „Dioxin-Schleudern“ am Stadtrand. Heutzutage
werden
Deutschlandweit
etwa
0,5
g
Dioxine
und
Furane
durch
Müllverbrennungsanlagen ausgestoßen. Zum Vergleich: Kamine und Kachelöfen
tragen rund 20-mal mehr Dioxine in die Umwelt.
32
4. Fazit:
Seit den 50er Jahren haben Kunststoffe ein beispielloses Wachstum erfahren.
Aufgrund
ihrer
hervorragenden
technischen
Eigenschaften
und
vielfältigen
Einsatzmöglichkeiten sind sie mittlerweile führend in vielen Anwendungsgebieten.
Daher wurde in den letzten Jahren enorme Aufbauarbeit bei der Verwertung von
Kunststoffen geleistet.
Heutzutage existiert für jeden Altkunststoff ein geeignetes RecyclingVerfahren.
Mit entsprechendem Aufwand und Kosten kann jeder Altkunststoff recycelt werden.
Jedoch stellt sich die Frage, ob dem Aufwand und den Kosten ein entsprechender
Nutzen gegenübersteht. Die erste Frage sollte sein, ob die Rezyklate einen Markt
finden. Oftmals gehen mit dem Recyceln Eigenschaftsverschlechterungen einher, so
dass die Rezyklate nicht mehr für das Produkt eingesetzt werden können. Dazu
muss der Preis des Rezyklates unter dem der Neuware liegen, da sonst Niemand
das Rezyklat verwenden wird. Dabei muss man beachten, dass einen Großteil der
Kosten nicht durch das eigentliche Recycelverfahren verursacht wird, sondern durch
das vorhergehende Sammeln, Sortieren und Reinigen. Daher muss man schauen,
wie, in welchen Mengen und wo der Kunststoffabfall anfällt. Dieses sind nur einige
Fragen, die man beachten muss um eine effiziente aber auch umweltschonende
Verwertung realisieren zu können.
Eine ganz andere Frage ist die nach den politischen Rahmenbedingungen.
Die gesetzlichen Vorgaben können Impulse, aber auch Einschränkungen für die
Weiterentwicklung der Verwertungstechnologien geben. Es sollte nicht vergessen
werden, dass erst durch die Verpackungsordnung, die zur Einführung des Dualen
Systems und der Lizenzgebühr für den Grünen Punkt führte, in Deutschland die
Vorraussetzungen für eine Verwertung von Verpackungen im großen Stil geschaffen
wurden.
Jedoch bleibt zu sagen, dass die Politik die Ausrichtung an Ökoeffizienzkriterien
teilweise behindert, da die Verwertungswege vorgegeben werden und nicht die Ziele.
Vergleicht man die Verwertungsverfahren mit der Deponierung, so entlasten alle
Verfahren die Umwelt und schonen Primärressourcen.
33
Rohstoffliches Recyceln und energetische Verwertung sind ökologisch, aber auch
ökonomisch
sinnvoll.
Beide
Verfahren
haben
Vorteile
gegenüber
dem
werkstofflichen Recyceln wenn es um die Verwertung der Sammlungen des DSD
geht. Werkstoffliches Recyceln weist nur dann ökologische und ökonomische Vorteile
gegenüber den rohstofflichen und energetischen Verfahren auf, wenn Neuware zu
fast 100 % durch das Rezyklat ersetzt werden kann und der Aufwand für vorheriges
Sammeln und Sortieren vertretbar bleibt.
Nach wie vor ist eine Werkstoff-Recyclingquote in der Verpackungsordnung zu finden
und damit auch die Vorgabe von Verwertungswegen durch die Politik. Mir erscheint
es jedoch sinnvoller, die Verwertung würde sich allein nach ökologischen und
ökonomischen Gesichtspunkten richten. Natürlich sollte gesetzlich geregelt sein,
dass eine Verwertung erfolgen muss und die Abfälle nicht deponiert werden dürfen,
aber mehr auch nicht. Bleiben die Verwertungsquoten bestehen ist meiner Meinung
nach keine optimale Verwertung möglich.
34
5. Schulrelevanz:
Kunststoffrecycling ist seit den 70er Jahren ein stets aktuelles Thema, aber
besonders jetzt im Moment, da die Bilder aus Italien, Neapel durch die Presse gehen
und eine völlig „zugemüllte“ Stadt zeigen. Dazu kommt, dass der Preis für Rohöl
enorm ansteigt und damit natürlich auch der Preis für Kunststoffe. Aus diesen
Gründen ist man sowohl von der Politik wie auch von Seiten der Wirtschaft an einer
effizienten
Verwertung
von
Abfällen
interessiert.
Daher
ergeben
sich
fächerübergreifende Zusammenhänge. Es ist zum Beispiel interessant zu sehen, wie
die Wirtschaft auf Gesetze der Politik reagiert.
Außerdem hat jeder Schüler jeden Tag mit Verpackungen oder sonstigen Abfällen zu
tun und somit ist der oft geforderte Alltagsbezug gegeben.
Zusätzlich kann man Recycling von Abfällen auch beim Thema Umwelt/Klimaschutz
ansprechen. Dabei kann man Bezug darauf nehmen, dass organische Abfälle nicht
mehr ohne Vorbehandlung auf Deponien gelagert werden dürfen. Dazu kann man
sich anschauen, wie Verwesungs- bzw. Verfaulungsgase entstehen und warum sie
so schädlich für die Umwelt sind. Ein Stichwort sollte in diesem Zusammenhang
Methanemission sein.
Natürlich sollte die Verwertung von Kunststoffen auch ein Thema sein, wenn man die
Herstellung von Kunststoffen bespricht. Dabei bietet sich zum Beispiel die oben
besprochene Solvolyse von PET an, die eine typische Verseifungsreaktion darstellt.
Konkret wird Kunststoffrecycling im hessischen Lehrplan an folgenden Stellen
angesprochen:
Hessischer Lehrplan:
7G.1:
Mülltrennung
GK11.1/LK11.1:
Kunststoffabfälle, Pyrolyse
GK11.2/LK11.2:
Kunststoffe,
Umweltprobleme
bei
der
Herstellung
und
Entsorgung
35
6. Literatur:
-
Skript des Lehrerfortbildungskurs zum Thema: „Kunststoffabfälle, ein Problem
für die Umwelt und ein Thema in der Schule“. Universität Marburg, Autoren:
Andreas Noll, Elisabeth Rickelt, Michael Schween
-
NiU-Chemie 7 (1996) Nr. 32 S. 42-47
-
Chemie in unserer Zeit / 34.Jahrg 2000 / Nr. 5
-
http://www.axel-schunk.net
-
http://www.chemieunterricht.de/
-
http://wikipedia.de
-
Unterricht Chemie / 14 / 2003 / Nr.73
-
Kunststoffrecyclingexperimentalvortrag Goebel 1994 Uni-Marburg
-
www.Chids.de
-
www.bmu.de
-
http://plasticker.de
-
http://pz.bildung-rp.de
-
http://www.umweltbundesamt.de
-
http://www.chemieexperimente.de/
-
http://www.gruener-punkt.de
-
http://www.berlin-sammelt.de
-
http://www.tagesschau.de/
-
http://www.focus.de/
-
http://www.ask-eu.de
-
www.Bild.de
36
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