Spotlight Juni 2023: Neues katalytisches Verfahren zur Rückgewinnung wichtiger Materialien aus Verbundwerkstoffen in einem einzigen Prozess

Bisher praktisch unmöglich und ein enormes Problem: faserverstärkte Kunstharzverbundwerkstoffe (Epoxide) waren nicht recyclebar und z.B. die Rotorblätter von Windkraftanlagen summieren sich bis zum Jahr 2050 zu einem Abfallhaufen von 43 Millionen Tonnen. Forscher haben nun einen ersten wichtigen Schritt getan, um diese Verbundwerkstoffe wieder „aufzuschließen“ und katalytisch so aufzulösen, dass die Carbonfasern und die Harzinhaltsstoffe voneinander getrennt werden können, ohne dass die Materialien Schaden nehmen. Dabei ist das Verfahren nicht auf die Rotorblätter beschränkt, sondern kann für alle Verbundwerkstoffe angewendet werden. Insbesondere wegen der Rückgewinnung der teuren Kohlenstofffasern ist diese Methode beachtenswert und führt zu einer besseren Kreislaufwirtschaft, somit zu einer verbesserten Nachhaltigkeit.

Verbundwerkstoffe auf Kunstharzbasis meist verstärkt durch Carbonfasern sind auf lange Haltbarkeit ausgelegt und daher grundsätzlich schwer abbaubar und werden bisher als Abfall auf Mülldeponien gelagert und somit aus dem Kreislauf der Materialien herausgenommen.

Die Wissenschaftler der Universität Aarhus und dem Dänischen Technologischen Institut haben nun ein Verfahren zum Patent angemeldet, das auf der Basis eines Katalysators mit Ruthenium und verschiedenen Lösungsmitteln die Epoxidmatrix aufspalten kann und die Kohlenstofffasern freilegt, ohne diese zu beschädigen. Es werden die Inhaltsstoffe Bisphenol A und die Glasfasern bzw. Carbonfasern zurückgewonnen und können wiederverwendet werden.

Allerdings ist Ruthenium ein seltenes und teures Metall und die Effizienz des Verfahrend noch nicht auf industrielle Maßstäbe skaliert, aber mehr als ein Hoffnungsschimmer auf dem Weg hin zu einer vollständigen Verwertung der hochstabilen Verbundwerkstoffe.

Original Publikation:

Ahrens, A et al. (2023). Catalytic disconnection of C-O bonds in epoxy resins and composites. Nature, 617, 730–737.