Chemisches Recycling als Teil der Kreislaufwirtschaft

Dr. A. Kronimus: Zunächst umschreibt das Leitbild, dass eine Kreislaufwirtschaft nicht beim Abfall anfängt. Abfallvermeidung ist ein Grundpfeiler der Kreislaufwirtschaft. Darüber hinaus müssen wir bei der Konzipierung von Produkten das Ende deren Nutzungsphase von vornherein mitdenken, hinsichtlich Materialeinsparung, Reparierbarkeit und Langlebigkeit, Mehrwegführung und Recycelbarkeit. 

Die große Herausforderung besteht im Weiteren darin, Kunststoffe auf eine fossilfreie Basis zu stellen. Deshalb müssen sowohl durch mechanisches als auch chemisches Recycling mehr Kunststoff-Abfallströme erschlossen werden. Es geht darum, weniger Abfälle energetisch zu verwerten und mehr zu recyceln. Darüber hinaus muss für eine erfolgreiche Defossilierung Rezyklat durch den Einsatz von Biomasse und CO₂ als nicht fossile Kohlenstoffquellen ergänzt werden. 

Produkte sollten derart gestaltet werden, dass sie mit möglichst geringem Ressourceneinsatz durch Recycling wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden können. Für den Einsatz von Recyclingverfahren bedeutet dies, dass sämtliche Abfälle, die technisch, wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll mechanisch recycelt werden können, dem mechanischen Recycling zugeführt werden müssen. Um einen möglichst hohen Anteil der Kunststoffabfälle in den Kreislauf zurückzuführen, sollten mechanisch nicht recycelbare Abfälle physikalisch oder chemisch recycelt werden. Durch einen derartigen Einsatz von sich ergänzenden Verfahren können Ressourcen und Emissionen eingespart werden.

Unter dem Begriff des chemischen Recyclings werden verschiedene Verfahren zusammengefasst. Können Sie uns eine Kategorisierung des Begriffs und der verschiedenen Verfahren geben, einschließlich einer Abgrenzung zu werkstofflichen Recyclingverfahren? 

Dr. A. Kronimus: Im Unterschied zu werkstofflichen Recyclingverfahren –  dem mechanischen und physikalischen Recycling – wird mit chemischem Recycling in die chemische Polymerstruktur von Kunststoffabfällen eingegriffen und diese verändert. Bei diesen Verfahren entsteht zunächst kein recyceltes Granulat, wie bei werkstofflichen Verfahren. Stattdessen entstehen überwiegend kohlenwasserstoffreiche Sekundärrohstoffe, wie Monomere, Oligomere, Öl- oder Gasphasen. Diese Sekundärrohstoffe dienen dann in einem nächsten Schritt der Produktion von Kunststoffen und anderen chemischen Erzeugnissen und ersetzen hierbei fossile Einsatzstoffe.
 

Auf der einen Seite stehen Verfahren zur Depolymerisierung von Kunststoffpolymeren, wie Enzymolyse oder Solvolyse. Auf der anderen Seite stehen thermochemische Konversionsverfahren. Produkte dieser Verfahren können ebenso Monomere sein, darüber hinaus können durch Direktverölung oder Pyrolyse bei moderaten Reaktionsbedingungen Ölphasen entstehen, die nach geeigneter Aufbereitung fossiles Naphtha ersetzen können. Vergasungsverfahren wie die Hochtemperaturpyrolyse führen zu Synthesegasen wie Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff. In der Regel bedarf das chemische Recycling – wie das mechanische Recycling – einer vorhergehenden mechanischen Aufbereitung des jeweiligen Abfallstroms. 

Ein Grenzfall ist die energetische Verwertung, also die Verbrennung von Kunststoffabfällen mit Rückführung des entstehenden CO₂ in den Kreislauf mittels „Carbon Capture and Utilization“. Auch in Zukunft wird ein Anteil der Kunststoffabfälle voraussichtlich verbrannt werden müssen. Im Zielbild einer klimaneutralen Kreislaufwirtschaft ist dies jedoch nur in Verbindung mit der aufgezeigten Rückführung des Kohlenstoffs in den Kreislauf denkbar. 

Systematisch steht zwischen dem mechanischen und chemischen Recycling das physikalische Recycling. Darunter fallen lösungsmittelbasierte Verfahren, die zur Lösung von Polymeren, Entfernung von Zusätzen wie Additiven und einer folgenden Fällung der Polymere verwendet werden. Im Unterschied zum chemischen Recycling wird die Polymerstruktur jedoch nicht chemisch verändert.

Welche Abfallströme sind für die verschiedenen Verfahren am besten geeignet?

Dr. A. Kronimus: Mechanisches Recycling wird erfolgreich für gut sortierte Kunststoffabfallströme eingesetzt. Verschmutzte oder durchmischte Abfallfraktionen erschweren jedoch das mechanische Recycling oder machen es unmöglich. Chemische Verfahren können dazu beitragen, mehr von solchen bisher für das Recycling schwierigen Abfallströmen, die bislang energetisch verwertet werden, in den Kreislauf zurückzuführen. Chemisches Recycling bietet beispielsweise eine Recyclingperspektive für Verbundmaterialien von Kunststoffverpackungen. In diese Richtung ist noch erhebliche Entwicklungsarbeit notwendig. Dazu sind erste Versuchsanlagen in Betrieb, die zunehmend komplexere Abfallströme verwerten. Auch bietet chemisches Recycling für Duromere wie Polyurethan-Hartschäume eine Recyclingoption. Dies wird in Pilotverfahren ebenfalls erprobt.
 

Wo sehen Sie die optimalen Anwendungsbereiche für chemisches Recycling?

Dr. A. Kronimus: Im Wesentlichen sind zwei Faktoren für den Einsatz chemischen Recyclings entscheidend:

1. Komplexe oder verschmutze Abfallströme sowie Duromere, die nicht sinnvoll mittels mechanischer oder physikalischer Verfahren verwertet werden können. 
2. Qualitätsanforderung an Recyclingkunststoffe. Chemisches Recycling ermöglicht Recyclingkunststoffe in Neuwarequalität. Dies ist entscheidend für Anwendungen mit hohen Qualitätsanforderungen, z.B. bei Lebensmittelkontaktmaterialien, im medizinischen Bereich oder zur Vermeidung von Downcycling. Denn auch bei Abfallströmen mit exzellentem mechanischem Recyclingpotenzial wie PET-Flaschen, tritt nach vielmaligen Recyclingzyklen eine Degradation der Polymerstruktur ein: Die Polymerstruktur wird chemisch verändert, z.B. verkürzt, mit der Folge einer Qualitätsminderung. Das chemische Recycling kann in diesen Fällen die Abfallströme wieder hochwertig in den Kreislauf zurückführen.
    

In der Debatte um chemisches Recycling wird oft angeführt, dass das chemische Recycling in Bezug auf Nachhaltigkeit und CO₂-Bilanz schlechter dasteht als werkstoffliche Recyclingverfahren. Was bedeutet das aus Ihrer Sicht für das chemische Recycling, auch in Bezug auf fossiler Neuware und der Verbrennung von Kunststoffabfällen?

Dr. A. Kronimus: Hinter dem Begriff „chemisches Recycling“ verbergen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren, mit unterschiedlichen Ressourcenbedarfen. Im großen Ganzen ist das werkstoffliche Recycling weniger ressourcenintensiv als das chemische Recycling. Deshalb wird im gemeinsamen Leitbild von BDE, PED und VCI auch die Priorität für das mechanische Recycling betont. Was mechanisch recycelt werden kann, soll auch mechanisch recycelt werden. Mit dem chemischen Recycling sollen vor allem Abfallströme in den Kreislauf zurückgeführt werden, die heute noch verbrannt werden, um daraus Energie zu gewinnen. Studien zeigen, dass chemisches Recycling in aller Regel ökologisch vorteilhaft gegenüber der energetischen Verwertung ist. Dies verhält sich analog in Bezug auf die Nutzung von Neuware. Die wichtige Botschaft diesbezüglich: Die Rolle chemischen Recyclings ist eine Ergänzung des werkstofflichen Recyclings, um das Recycling in Summe zu maximieren. Chemisches Recycling steht dabei nicht in Konkurrenz mit dem mechanischen Recycling, sondern mit der Verbrennung.

Können Sie uns einen Überblick über den Stand des chemischen Recyclings geben und welche Polymere bereits aus dem chemischen Recycling verfügbar sind? 

Dr. A. Kronimus: Das chemische Recycling nimmt Fahrt auf. Anfang 2023 gab es bereits mehr als 140 Projekte zum chemischen Recycling weltweit. Die Verfahren befinden sich allerdings noch in der Skalierung. 2022 trugen chemische Verfahren in Europa nur 0,2 % zum Rezyklateinsatz in Kunststoffen bei, bei insgesamt nahezu 20 % Einsatz von zyklischen Rohstoffen wie Rezyklat und Biomasse. Allerdings sind nun auch Großinvestitionen angekündigt, zum Beispiel eine mit 50.000 Jahrestonnen zum Recycling von komplexen Verpackungskunststoffen. Es gibt weitere Investitionsankündigungen mit sogar noch größeren Kapazitäten. In Versuchsanlagen werden Ersatzbrennstofffraktionen verwertet und zunehmend eine Verwertung von Nicht-Polyolefinen wie ABS und PVC angegangen. Ebenso bestehen erste Anlagen für das Recycling von PU-Schäumen. Derzeit erfolgt die technische Umsetzung des chemischen Recyclings von Polycarbonat in den Pilotmaßstab. Im Elastomerbereich bestehen Anlagenkapazitäten zur Reifenpyrolyse.

Was sind derzeit die größten Herausforderungen beim chemischen Recycling?

Dr. A. Kronimus: Herausfordernd sind insbesondere die regulatorischen Rahmenbedingungen. Derzeit werden auf europäischer Ebene Massenbilanzansätze diskutiert, die grundsätzlich eine buchhalterische Zuordnung von Sekundärrohstoffen zu Produkten ermöglichen. Entsprechende Ansätze sind notwendig, da zunächst geringe Anteile von Sekundärrohstoffen aus dem chemischen Recycling zusammen mit fossil-basierten Grundlagen in den Anlagen der chemischen Industrie verarbeitet werden. Eine geeignete Bilanzierungsmöglichkeit, welche die freie Zuordnung von eingesetztem Sekundärrohstoff zu ausgewählten Zielprodukten ermöglicht, ist unseres Erachtens für eine Skalierung der Kreislaufwirtschaft erforderlich. Umgekehrt kann ein ungeeignetes Zuordnungsmodell diese Skalierung um Jahre verzögern. Wir setzen uns für eine Zuordnung gemäß dem Modell „Fuel Use Exempt“ ein, da dieses im industriellen Umfeld ökonomisch gangbar und abfallrechtlich kompatibel ist. 

Wie sieht die Einbeziehung des chemischen Recyclings in zukünftigen Rezyklatquoten in den Vorschlägen für EU-Verordnungen zu Verpackungen und Altfahrzeugen aus? Welche Entwicklung erwarten Sie? 

Dr. A. Kronimus: Die Trilogverhandlungen zur EU-Verpackungsverordnung sind noch im Gange, deshalb ist die Ausgestaltung des Rechtsaktes noch im Fluss. Grundsätzlich ist der Einsatz von chemischem Recycling im Kontext der Verpackungsverordnung möglich. Für Investitionsanreize gilt es, in der EU-Verpackungsverordnung (PPWR) ambitionierte Rezyklateinsatzquoten für kontaktsensitive Materialien, wie Lebensmittelverpackungen, zu verankern. Dies würde die Nachfrage nach recyceltem Material deutlich steigern. Gleichzeitig braucht es in beiden Rechtsakten ergänzende Zielvorgaben für den Einsatz von Kunststoffen aus zertifizierter Biomasse und CO₂. Das ist notwendig, um den Anteil von fossilen Ressourcen in der Produktion und Verarbeitung von Kunststoffen möglichst schnell zu reduzieren. CO₂ kann mittels „Carbon Capture and Utilization“ (CCU) und mittels „Direct Air Capturing” aus der Atmosphäre gewonnen werden.