Wie der Plastikberg aus dem Gesundheitswesen recycelt werden könnte
Einwegartikel im Gesundheitswesen – von Handschuhen über Blutbeutel bis hin zu chirurgischen Geräten – sind weltweit zu einem wachsenden Umweltproblem geworden.
Ihre Verwendung hat in den letzten Jahren stark zugenommen, und derzeit gibt es keine Methoden für das Recycling solcher medizinischen Kunststoffabfälle. Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden haben nun gezeigt, wie gemischte Abfälle aus dem Gesundheitswesen auf sichere und effiziente Weise recycelt werden können, indem das Material erhitzt und in chemische Bausteine umgewandelt wird, die dann für die Herstellung von neuem Kunststoff verwendet werden können.
Einwegartikel für die Gesundheitsfürsorge verursachen heutzutage enorme Mengen an Abfall. Im günstigsten Fall werden diese Abfälle verbrannt, aber in vielen Ländern landen sie auf Mülldeponien und können auch in die Umwelt gelangen. Die COVID-Pandemie hat zu einem lawinenartigen Anstieg des Verbrauchs von Einwegartikeln geführt. Schätzungen zufolge werden im Jahr 2022 allein die gebrauchten Gesichtsmasken weltweit rund 2.641 Tonnen pro Tag wiegen.
In der Kreislaufwirtschaftspolitik werden medizinische Abfälle oft übersehen. Medizinische Einwegartikel bestehen in der Regel aus verschiedenen Kunststoffen, die mit der heutigen Technologie nicht recycelt werden können. Außerdem sind die Artikel nach der Verwendung als kontaminiert anzusehen und müssen daher so gehandhabt werden, dass das Risiko der Verbreitung potenzieller Infektionen vermieden wird. Bei der Herstellung von Einwegartikeln für die Gesundheitsfürsorge ist es auch nicht möglich, recycelten Kunststoff zu verwenden, da die Anforderungen an Reinheit und Qualität für Materialien, die für medizinische Zwecke bestimmt sind, sehr hoch sind.
All diese Probleme lassen sich mit der neuen, von Chalmers-Forschern entwickelten Methode lösen. Die Technologie nennt sich „thermochemisches Recycling“ und basiert auf einem Prozess namens „Steamcracking“. Dabei werden die Abfälle durch Vermischen mit Sand bei Temperaturen von bis zu 800 Grad Celsius aufgespalten. Die Kunststoffmoleküle werden dann aufgebrochen und in ein Gas umgewandelt, das Bausteine für neuen Kunststoff enthält.
„Man kann es mit einem thermischen Vorschlaghammer vergleichen, der die Moleküle zerschlägt und gleichzeitig Bakterien und andere Mikroorganismen zerstört“, sagt Martin Seemann, außerordentlicher Professor an der Chalmers Division of Energy Technology. „Was übrig bleibt, sind verschiedene Arten von Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoffverbindungen. Diese können dann abgetrennt und in der petrochemischen Industrie verwendet werden, um fossile Materialien, die derzeit in der Produktion verwendet werden, zu ersetzen.“
Großes Potenzial zur Einsparung wertvoller Chemikalien
Um die Technologie in der Praxis zu testen, haben die Forscher zwei verschiedene Projekte parallel in einer Testanlage bei Chalmers Power Central durchgeführt. Im ersten Projekt wurden einige verschiedene Produkttypen, wie Gesichtsmasken und Plastikhandschuhe, dem Verfahren unterzogen. Im zweiten Projekt wurde ein Gemisch erstellt, das die durchschnittliche Zusammensetzung von Krankenhausabfällen aus den Krankenhäusern der Region repräsentiert. Die Mischung enthielt etwa zehn verschiedene Kunststoffmaterialien sowie Zellulose.
Die Ergebnisse waren bei beiden Projekten durchweg positiv, was das große Potenzial der Technologie zeigt. Eines der Projekte wurde von Judith González-Arias geleitet, die jetzt an der Universität von Sevilla in Spanien arbeitet.
„Was diese Technologie so spannend macht, ist ihre Fähigkeit, die Umweltprobleme zu bewältigen, die wir mit medizinischen Einwegprodukten in Verbindung bringen. Das thermochemische Recycling löst nicht nur das Problem, dass medizinische Abfälle heute nicht recycelt werden, sondern ermöglicht auch die Rückgewinnung wertvoller Kohlenstoffatome. Dies steht in vollem Einklang mit den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft und bietet eine nachhaltige Lösung für das dringende Problem der Entsorgung medizinischer Abfälle“, sagt Judith González-Arias.
Die einzige Option für Produkte mit strengen Anforderungen
Viele Hersteller von Materialien für das Gesundheitswesen sind heute sehr daran interessiert, ein Kreislaufmodell zu schaffen, bei dem die Produkte in einem geschlossenen Kreislauf recycelt und wiederverwendet werden können. Materialien, die in sterilen Artikeln im Gesundheitswesen verwendet werden sollen, haben jedoch strenge Anforderungen an Reinheit und Qualität, die mit Sortierung und mechanischem Recycling von Kunststoffen im Grunde nicht erfüllt werden können. Mit thermochemischem Recycling wäre dies jedoch möglich.
„Es ist wirklich die einzige Möglichkeit, diese Art von Abfällen in den Kreislauf zurückzuführen“, sagt Martin Seemann. „Es ist so elegant, dass die chemische Industrie das Material, nachdem es bis auf die molekulare Ebene aufgespalten wurde, wieder in neues Material umwandeln kann.“
„Die gleichen strengen Anforderungen an Reinheit und Qualität gelten eigentlich auch für Lebensmittelverpackungen. Deshalb wird heute der größte Teil des Kunststoffs aus Verpackungen verbrannt oder zu Artikeln recycelt, für die eine geringere Qualität zulässig ist.
Die beiden Projekte bauen auf früheren Forschungsarbeiten von Chalmers auf, die gezeigt haben, wie gemischte Kunststoffabfälle in Rohmaterial für neue Kunststoffprodukte von höchstmöglicher Qualität umgewandelt werden können.
Die Technologie funktioniert gut, aber es kommen auch andere Faktoren ins Spiel
Um die Methode zu verbreiten, müssen neue Materialströme und funktionierende Geschäftsmodelle in Zusammenarbeit zwischen dem Gesundheits- und dem Recyclingsektor entwickelt werden. Möglicherweise müssen auch Gesetze und Vorschriften auf verschiedenen Ebenen geändert werden, damit das thermochemische Recycling in der Gesellschaft auf breiter Basis eingeführt werden kann.
„Bestimmte politische Entscheidungen würden den Wert von Kunststoffabfällen als Rohstoff für die Industrie erhöhen und die Chancen für die Schaffung funktionierender kreislauforientierter Geschäftsmodelle rund um diese Art des Recyclings steigern. So würde beispielsweise eine Verpflichtung zur Kohlendioxidabscheidung bei der Verbrennung von Kunststoffen Anreize schaffen, stattdessen in energieeffizientere alternative Technologien wie die unsere zu investieren“, sagt Martin Seemann.
In vielen Ländern sind die technischen Voraussetzungen für das Recycling von medizinischen Abfällen und anderen gemischten Kunststoffabfällen durch Steamcracken gegeben. Allerdings variieren die Vorschriften und strukturellen Bedingungen, was bestimmt, wie die Akteure der Abfallwirtschaft, der chemischen Industrie und der Produktherstellung zusammenarbeiten müssen, um an verschiedenen Orten der Welt funktionierende Wertschöpfungsketten zu schaffen.
Mehr über: die Bedingungen in Schweden
In Schweden gibt es ein großes Interesse am Recycling in der Industrie, aber Einwegartikel aus dem Gesundheitswesen erzeugen an sich nicht genügend Abfallvolumen für ein funktionierendes Kreislaufwirtschaftsmodell. Im Jahr 2019 wurden in Schweden rund 4.000 Tonnen solcher Kunststoffe auf den Markt gebracht.
„Um eine Anlage in der für ein rentables thermochemisches Recycling erforderlichen Größe zu bauen, müsste man vor der Inbetriebnahme einen Materialfluss von rund 100.000 Tonnen pro Jahr sicherstellen“, sagt Judith González-Arias. Solche Abfallmengen gibt es in Schweden insgesamt, aber es geht nicht nur darum, sie von einer Verwertungsart auf eine andere umzulenken.
Für ein kommerzielles thermochemisches Recycling, bei dem Abfälle aus dem Gesundheitswesen Teil des Materialflusses sein könnten, seien daher neue Kooperationen zwischen verschiedenen Akteuren erforderlich. Der Prozess würde optimiert, wenn eine Anlage in einem bestehenden Chemie-Cluster, wie dem in Stenungsund, gebaut würde. Die Chalmers-Forscher haben daher bei der Entwicklung der Technologie mit dem Unternehmen Borealis zusammengearbeitet.
In Schweden gibt es eine Recyclingquote für Kunststoff, die heute nicht erreicht wird. Der größte Anteil wird stattdessen verbrannt.
„Thermochemisches Recycling würde durch neue politische Rahmenbedingungen, die eine Recyclinglösung für unsere kunststoffreichen Abfälle schaffen, an Bedeutung gewinnen“, sagt Martin Seemann. „Die Technologie ist energieeffizienter als einige andere Methoden für das Recycling von Kunststoffbestandteilen, z. B. die Abscheidung von Kohlendioxid bei der Verbrennung, um das Kohlendioxid als Baustein für neue Materialien zu nutzen.
Mehr über: die Forschung
Der Artikel Steam gasification as a viable solution for converting single-use medical items into chemical building blocks with high yields for the plastic industry wurde in Resources, Conservation and Recycling veröffentlicht. Die Studie wurde an der Chalmers University of Technology von Judith González-Arias, Renesteban Forero-Franco, Chahat Mandviwala und Martin Seemann durchgeführt.
Sehen Sie sich einen Film darüber an, wie thermochemisches Recycling funktioniert.
Quelle
Chalmers University of Technology 2024 | Johanna Wilde | Translated with www.DeepL.com/Translator
