Carbon Cycle Lab: Rohstoffe aus Abfällen herstellen – Demonstration von Technologien für die Kreislaufwirtschaft im Pilotmaßstab

Im Carbon Cycle Lab wird unter anderem das chemische Recycling von Kunststoffabfällen erforscht und in den Pilotmaßstab überführt - (Bild: Markus Breig, KIT).

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 zurückzuführen.

Die weltweite Kunststoffproduktion ist in den letzten 70 Jahren stark angestiegen - auf rund 414 Millionen Tonnen im Jahr 2023. Die Recyclingquote liegt jedoch nur bei zehn Prozent. Da die Energiekosten absehbar weiter steigen und die Ressourcen knapper werden, müssen im Zeichen der Transformation der Industrie höhere Recyclingquoten erreicht werden. Dazu trägt das KIT mit der neuen Forschungsplattform Carbon Cycle Lab (CCLab) bei. Zuvor war es KIT-Forschern mit dem Projekt bioliq" bereits gelungen, einen vollständigen Verwertungsprozess für biologische Reststoffe zu entwickeln. Mit dem CCLab wird diese Arbeit auf das chemische Recycling von Kunststoffabfällen ausgeweitet. „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 umfasst auch Technologien der früheren "bioliq"-Anlage zur Verarbeitung biogener Reststoffe und nachwachsender Rohstoffe - (Bild: Markus Breig, KIT).

Carbon Cycle Lab profitiert von „bioliq“-Ergebnissen
Die Nutzung biogener Reststoffe und nachwachsender Rohstoffe zur Herstellung nachhaltiger Chemieprodukte und Kraftstoffe wird am KIT bereits intensiv erforscht. Im Projekt „bioliq“, das Ende letzten Jahres abgeschlossen wurde, errichteten Forscher mit Partnern eine Pilotanlage, mit der es erstmals gelungen ist, Benzin aus Stroh im Tonnenmaßstab 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.“

Verwertung bisher nicht verwertbarer Abfälle
Die neue Forschungsplattform CCLab setzt den mit „bioliq“ eingeschlagenen Weg der Verwertung von Abfällen konsequent fort. Die meisten Kunststoffprodukte können heute aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und Verunreinigungen 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
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 sind unter anderem das Institut für Katalyseforschung und -technologie, das Engler-Bunte-Institut und das Institut für Technische Chemie des KIT beteiligt. Darüber hinaus bestehen Kooperationen zum Technologietransfer mit zahlreichen Industrieunternehmen. Der Bund fördert die Forschungsplattform im Rahmen der Helmholtz-Gemeinschaft.

Weitere Informationen: www.kit.edu, www.elab.kit.edu, www.energie.kit.edu

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe

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