Was kann alter Kunststoff noch aus chemischer Sicht?

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Additive sind Hilfs- und Zusatzstoffe, die Produkten in zumeist sehr geringen Mengen zugesetzt werden, um bestimmte Materialeigenschaften zu erreichen oder zu verbessern. Sie haben einen positiven Effekt auf Herstellung, Lagerung, Verarbeitung oder Produkteigenschaften während und nach der Gebrauchsphase.

Gefördert wird das Projekt mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung Baden-Württemberg (EFRE). Der EFRE ist ein Strukturfonds der EU, mit dessen Hilfe der wirtschaftliche, territoriale und soziale Zusammenhalt innerhalb der EU gefördert wird.

Clara Wiebensohn promoviert innerhalb des Forschungsprojekts „Reintegration hochwitterungsbeanspruchter Altkunststoffe in die Kreislaufwirtschaft (RewitAl)“. Drei Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) sind in diesem durch die EU geförderten Projekt zusammengeschlossen.

Clara Wiebensohn forscht an der Hochschule Furtwangen bei Andreas Fath. Der Professor für Chemie, der vor kurzem von Ministerpräsident Winfried Kretschmann den Verdienstorden des Landes Baden-Württemberg erhalten hat, kennt sich ziemlich gut mit Mikroplastik in der Umwelt aus. Sein Hobby: er durchschwimmt in unregelmäßigen Abständen wochenlang die großen Flüsse Europas, wie die Donau, den Rhein oder die Elbe. Dabei entnimmt er immer wieder Wasserproben und untersucht, wie hoch die Mikroplastikkonzentration darin ist. Ab und zu begleiten den schwimmenden Professor Gäste, zum Beispiel die baden-württembergische Umweltministerin Thekla Walker.

Zurück zu Clara Wiebensohn. Ihr Labor befindet sich in Freiburg. Ihr Job: das Material alter Kunststoffrasenplätze chemisch zu analysieren und festzustellen, welche Stoffe in welcher Konzentration in den seit zum Teil Jahrzehnten genutzten Materialien vorhanden sind. Sie stellt sich Fragen wie: „Was für Stoffe haben wir nach so langer Nutzungszeit noch vorliegen?“ oder: „Haben potentielle Additive eine Auswirkung auf ein mögliches Recycling?“. Oder: „Sind Stoffe enthalten, die ein mögliches Recycling verhindern?“. Oder: „Sind die gefundenen Additive schädlich für die Umwelt und die darin lebenden Organismen?“.

Dabei stößt die 26-Jährige natürlich auch auf Schwierigkeiten, weil der Kunststoff zum Teil nur schwierig zu recyceln ist. Außerdem besteht ein Kunststoffrasenplatz nicht nur aus einem Kunststoff, sondern aus verschiedenen. Sie kümmert sich vor allem um die elastische Tragschicht, auf der der Platz gebaut wird. Die besteht aus alten Autoreifen. Das heißt, als die alten Autoreifen vor etwa 20 Jahren zu Unterboden verarbeitet wurden, waren die Reifen auch schon alt. Die Ausgangsstoffe und die Produktionsbedingungen waren noch völlig andere als heute. Zwar gibt es noch das eine oder andere Datenblatt aus dieser Zeit, aber keiner weiß, was mit dem Material in den vergangenen 20 Jahren als Unterlage eines Kunststoffrasenplatzes passiert ist. Welche chemischen Reaktionen haben stattgefunden und was ist aus den Stoffen geworden?

Deshalb steht Clara Wiebensohn im Labor und untersucht Proben aus alten Böden. Der Unterboden besteht vor allen aus Ethylen-PropylenDien-Kautschuk (EPDM) und Styrol-ButadienKautschuk (SBR). EPDM ist eine Art Gummi und wird unter anderen im Automobil- und Gerätebau, für Schläuche und Dichtungen oder für Kabelummantelungen verwendet. EPDM ist wetter- und ozonresistent und hat hohe thermische Beständigkeit, also ideal für einen Sportboden.

Im Labor rückt die Doktorandin dem Kunststoff zuerst mit Lösemitteln auf die Pelle. Anschließend kommt das gelöste Material in ein Ultraschallbad, in dem es 20 bis 30 Minuten hin- und hergeschwungen und dann gefiltert wird. Nun erfolgt die Gaschromatographie. Die dauert etwa eine Stunde pro Probe. Dazu wird das Beispiel: Chromatogramm Beispiel: Massenspektrum GC-MSInfo i| Additive sind Hilfs- und Zusatzstoffe, die Produkten in zumeist sehr geringen Mengen zugesetzt werden, um bestimmte Materialeigenschaften zu erreichen oder zu verbessern. Sie haben einen positiven Effekt auf Herstellung, Lagerung, Verarbeitung oder Produkteigenschaften während und nach der Gebrauchsphase. Material verdampft, die verschiedenen Stoffe im entstehenden Gas werden über eine Säule getrennt und mit dem Massenspektrometer erfasst und gemessen. Aufgrund der spezifischen Masse können die Stoffe und ihre Eigenschaften bestimmt werden. Ganz zum Schluss werden die erhaltenen Stoffe mit bereits bestehenden Listen verglichen. Zusätzlich lassen sich Aussagen darüber treffen, welche Additive enthalten sind, ob und wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben. Möglicherweise haben sich Stoffe komplett verflüchtigt. Das würde bedeuten, dass sich das Ausgangsmaterial verändert hat.

Noch befindet sich Clara Wiebensohn ganz am Anfang ihrer Forschungen. Die nächsten Schritte bestehen darin, das Material chemisch so zu verändern, dass es eine Anwendung findet. Am Ende entscheidet ein Life-Cycle-Assessment, ob der Gesamtprozess auch ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist.