Carbon Cycle Lab: Industrielle Rohstoffe aus Abfällen herstellen

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Steigende Energiekosten, knappe Ressourcen, wachsende Abfallmengen – die
Menschheit hat ein Müllproblem. Mit dem Carbon Cycle Lab (CCLab) haben
Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) eine neue
Entwicklungsplattform für eine nachhaltigere Kreislaufwirtschaft
geschaffen.

Unter anderem wird das chemische Recycling von
Kunststoffabfällen erforscht und in den Pilotmaßstab überführt. Ziel ist
es, bisher nicht verwertbare Abfälle wieder in den Stoffkreislauf
einzubinden.

Weltweit ist die Kunststoffproduktion in den letzten 70 Jahren stark
gestiegen – auf etwa 414 Millionen Tonnen im Jahr 2023. Die Recyclingquote
beträgt allerdings nur zehn Prozent. Da die Kosten für Energie absehbar
weiter steigen und Ressourcen knapper werden, gilt es im Zeichen der
Transformation der Industrie, höhere Recyclingquoten zu erzielen. Das KIT
trägt dazu mit der neuen Forschungsplattform Carbon Cycle Lab (CCLab) bei.
Zuvor war es Forschenden des KIT mit dem bioliq®-Projekt bereits gelungen,
einen vollständigen Verwertungsprozess für biologische Reststoffe zu
entwickeln. Mit dem CCLab wird diese Arbeit auf chemisches Recyceln von
Kunststoffabfällen erweitert. „Für eine klimaneutrale Kreislaufwirtschaft
müssen wir die Abfälle aus Industrie und Gewerbe, aus Haushalten sowie aus
der Land- und Forstwirtschaft wieder in den Stoffkreislauf zurückführen
und dafür erneuerbare Energien einsetzen“, sagt Professor Dieter Stapf,
Leiter des Instituts für Technische Chemie des KIT. Den
Kohlenstoffkreislauf zu schließen, schone die Umwelt und spare knappe
Ressourcen. „Wir sind ein Land, in dem Energie und Rohstoffe knapp und
teuer sind“, so Stapf. „Unsere zukünftigen Rohstoffe sind die Abfälle. Sie
zu recyceln, ist effizient und günstig. Recycling trägt dazu bei,
unabhängiger von Importen fossiler Rohstoffe zu werden, was vor dem
Hintergrund der Ukraine-Krise besonders dringlich geworden ist.“

Das Carbon Cycle Lab profitiert von bioliq®-Erkenntnissen

Das KIT erforscht bereits umfassend den Einsatz biogener Reststoffe und
nachwachsender Rohstoffe für die Erzeugung nachhaltiger chemischer
Produkte und Kraftstoffe. In dem Ende letzten Jahres abgeschlossenen
bioliq®-Projekt errichteten Forschende und Partner eine Pilotanlage, mit
der es erstmals im Tonnen-Maßstab gelang, Benzin aus Stroh herzustellen.
„Vieles, was wir bei bioliq® gelernt haben, nehmen wir mit in das CCLab“,
so Professor Frederik Scheiff, Leiter des Bereichs chemische Energieträger
am Engler-Bunte-Institut des KIT. „So konnten wir in der letzten
Betriebskampagne zum ersten Mal Kunststofföle in chemische Rohstoffe
umwandeln und damit bereits die Perspektive für die Zukunft aufzeigen. Das
hat bis jetzt so noch niemand hinbekommen“, so Scheiff. „Wir haben
gelernt, wie man solche Technologien entwickelt und skaliert, und wir
konnten zeigen, dass sie auch nutzbar sind, um komplexe, bisher nicht
recycelbare Kunststoffabfälle in Chemierohstoffe umzuwandeln.“

Verwerten bisher nicht recycelbarer Abfälle

Die neue Forschungsplattform CCLab setzt den mit bioliq® begonnenen Weg
der Verwertung von Abfallstoffen konsequent fort. Aufgrund der chemischen
Zusammensetzung und der Verunreinigungen kann der größte Teil der
Kunststoffprodukte heute nicht hochwertig recycelt werden. „Im CCLab
arbeiten wir daran, das zu recyceln, was heute verbrannt oder deponiert
wird und damit Treibhausgasemissionen erzeugt“, sagt Stapf. Die am KIT
entwickelten neuen Technologien ermöglichen es, am Ende aus
Kunststoffabfällen wieder neue Kunststoffe zu synthetisieren, ohne Erdöl
oder Erdgas einzusetzen. Die enthaltenen Schad- und Störstoffe werden
dabei zerstört, beziehungsweise abgetrennt. Dann werden die Produkte
weiter zu Rohstoffen für die Herstellung neuer Kunststoffe aufbereitet. Im
CCLab wollen Forschende  die gesamte Wertschöpfungsketten demonstrieren.
„Das Carbon Cycle Lab ist eine wichtige Entwicklungsplattform für die
nachhaltige Kreislaufwirtschaft. Hier überführen wir neue Technologien aus
der Forschung am KIT und in der Helmholtz-Gemeinschaft in den
Pilotmaßstab“, so Stapf.

Großer Bedarf an Recycling

Derartige Technologien sind dringend notwendig: Die Recyclingziele der EU
sehen vor, dass europaweit bis 2035 zusätzlich zehn Millionen Tonnen
Kunststoffe pro Jahr recycelt werden. Für Deutschland, das ein Drittel
aller Kunststoffe in Europa produziert, hieße das zwei bis drei Millionen
Tonnen mehr pro Jahr, betont Stapf: „Mit dem European Green Deal will die
Europäische Union den Übergang zu einer ressourceneffizienten,
klimaneutralen und wettbewerbsfähigen Wirtschaft schaffen. Das CCLab
liefert wichtige Erkenntnisse darüber, wie das im industriellen Maßstab
funktionieren kann.“

Am CCLab beteiligen sich am KIT unter anderem das Institut für
Katalyseforschung und Technologie, das Engler-Bunte-Institut sowie das
Institut für Technische Chemie. Außerdem bestehen Kooperationen zum
Technologietransfer mit vielen Industrieunternehmen. Der Bund fördert die
Forschungsplattform als Teil der Helmholtz-Gemeinschaft.

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und
vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den
globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie,
Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in
Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften
zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein
forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle
Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die
Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und
Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und
Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der
deutschen Exzellenzuniversitäten.