Wissenschaftler verwandeln Plastikmüll in einen wertvollen Bodenhilfsstoff

Von University of California – Riverside, 13. Januar 2023

Eine aktuelle Studie hat eine Methode zur Umwandlung von Plastikmüll in eine hochporöse Form von Holzkohle mit einer großen Oberfläche von etwa 400 Quadratmetern pro Gramm Masse detailliert beschrieben. Diese Holzkohle hat das Potenzial, Kohlenstoff zu binden, die Wasserspeicherung im Boden und die Belüftung von Ackerland zu verbessern und gleichzeitig den Boden zu düngen, da er auf natürliche Weise abgebaut wird. Diese Methode könnte ein wirksamer Weg sein, das Problem des Plastikmülls anzugehen und die Landwirtschaft zu verbessern.

Die Methode der University of California, Riverside, erzeugt nützliche Kohle aus Plastik- und Maisabfällen.

Wissenschaftler der University of California, Riverside, sind der Suche nach einer Verwendung für die Hunderte Millionen Tonnen Plastikmüll, die jedes Jahr anfallen und oft dazu führen, dass Bäche und Flüsse verstopfen und unsere Ozeane verschmutzen, einen Schritt näher gekommen.

In einer aktuellen Studie haben Kandis Leslie Abdul-Aziz, Assistenzprofessorin für Chemie- und Umweltingenieurwesen an der UCR, und ihre Kollegen eine Methode beschrieben, mit der sich Plastikmüll in eine hochporöse Form von Holzkohle oder Kohle umwandeln lässt, die eine satte Oberfläche von etwa 400 Quadratmetern hat Meter pro Gramm Masse.

Solche Holzkohle bindet Kohlenstoff und könnte möglicherweise dem Boden zugesetzt werden, um die Wasserspeicherung im Boden und die Belüftung von Ackerland zu verbessern. Es könnte auch den Boden düngen, da es auf natürliche Weise abgebaut wird. Abdul-Aziz warnte jedoch davor, dass noch mehr Arbeit geleistet werden müsse, um den Nutzen solcher Saiblinge in der Landwirtschaft zu belegen.

Das Plastic-to-Char-Verfahren wurde am Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering der UC Riverside entwickelt. Dabei wurde eine von zwei gängigen Arten von Kunststoff mit Maisabfällen vermischt – den übrig gebliebenen Stängeln, Blättern, Schalen und Kolben – zusammenfassend bekannt als Maisstroh. Die Mischung wurde dann mit hochkomprimiertem heißem Wasser gekocht, ein Prozess, der als hydrothermale Karbonisierung bekannt ist.

The highly porous char was produced using polystyrenePolystyrene was discovered by accident in 1839 by Eduard Simon, an apothecary from Berlin, Germany. As one of the most widely used plastics in the world, polystyrene is used for bottles, containers, packaging, disposable cutlery, packing peanuts, and more. It can be solid or foamed (Styrofoam is a brand name of closed-cell extruded polystyrene foam)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Polystyrol, der Kunststoff, der für Styroporverpackungen verwendet wird, und Polyethylenterephthalat oder PET, das Material, das neben vielen anderen Produkten üblicherweise zur Herstellung von Wasser- und Limonadenflaschen verwendet wird.

Plastikmüll in einem Bachbett im Fairmount Park in Riverside, Kalifornien. Bildnachweis: Foto von David Danelski/UCR

Die Studie folgte einem früheren erfolgreichen Versuch, ausschließlich Maisstroh zur Herstellung von Aktivkohle zu verwenden, die zum Filtern von Schadstoffen aus dem Trinkwasser verwendet wird. In der früheren Studie konnte Holzkohle, die allein aus Maisstroh hergestellt wurde und mit Kaliumhydroxid aktiviert wurde, 98 % des Schadstoffs Vanillin aus Testwasserproben absorbieren.

In der Folgestudie wollten Abdul-Aziz und ihre Kollegen wissen, ob Aktivkohle, die aus einer Kombination aus Maisstroh und Kunststoff hergestellt wird, auch ein wirksames Mittel zur Wasseraufbereitung sein könnte. Wenn ja, könnten Plastikabfälle für die Beseitigung der Wasserverschmutzung wiederverwendet werden. Aber die aus der Mischung hergestellte Aktivkohle absorbierte nur etwa 45 % des Vanillins in Testwasserproben – was sie für die Wasserreinigung unwirksam machte, sagte sie.

„Wir gehen davon aus, dass sich auf der Oberfläche der Materialien noch Reste von Kunststoff befinden könnten, die die Absorption einiger dieser (Vanillin-)Moleküle auf der Oberfläche verhindern“, sagte sie.

Der Prozess zur Herstellung von Holzkohle und Aktivkohle. Bildnachweis: UCR

Dennoch ist die Möglichkeit, hochporöse Holzkohle durch die Kombination von Kunststoff- und Pflanzenbiomasseabfällen herzustellen, eine wichtige Entdeckung, wie in dem Artikel „Synergistic and Antagonistic Effects of the Co-Pyrolysis of Plastics and Corn Stover to Produce Char and Activated Carbon“ ausführlich beschrieben wird. veröffentlicht in der Zeitschrift ACS Omega. Der Hauptautor ist Mark Gale, ein ehemaliger UCR-Doktorand, der jetzt Dozent am Harvey Mudd College ist. Der UCR-Student Peter Nguyen ist Co-Autor und Abdul-Aziz der korrespondierende Autor.

„Es könnte eine sehr nützliche Biokohle sein, da es sich um ein Material mit sehr großer Oberfläche handelt“, sagte Abdul-Aziz. „Wenn wir uns also nur auf die Kohle beschränken und sie dort nicht zu Aktivkohle verarbeiten, gibt es meiner Meinung nach viele nützliche Möglichkeiten, sie zu nutzen.“

Plastik ist im Wesentlichen eine feste Form von Erdöl, das sich in der Umwelt ansammelt, wo es Fische, Vögel und andere Tiere, die es unbeabsichtigt aufnehmen, verschmutzt, verheddert und erstickt und tötet. Kunststoffe zerfallen außerdem in Mikropartikel, die in unseren Körper gelangen und Zellen schädigen oder Entzündungs- und Immunreaktionen auslösen können.

Leider ist das Recycling von gebrauchtem Kunststoff teurer als die Herstellung von neuem Kunststoff aus Erdöl.

Das Labor von Abdul-Aziz verfolgt beim Recycling einen anderen Ansatz. Ziel ist es, schädliche Abfallprodukte wie Plastik und pflanzliche Biomasseabfälle durch Upcycling in wertvolle Rohstoffe wieder in die Wirtschaft einzuspeisen.

„Ich habe das Gefühl, dass wir einen eher agnostischen Ansatz beim Plastikrecycling verfolgen, wenn man es (mit Biomasse) hineinwerfen und die Kohle zur Verbesserung des Bodens verwenden kann“, sagte sie. „Das denken wir.“

Referenz: „Synergistic and Antagonistic Effects of the Co-Pyrolysis of Plastics and Corn Stover to Produce Char and Activated Carbon“ von Mark Gale, Peter M. Nguyen und Kandis Leslie Gilliard-AbdulAziz, 21. Dezember 2022, ACS Omega.DOI: 10.1021/ acsomega.2c04815