NEUES LEBEN FÜR MATRATZEN

Die bis dahin kommerzialisierten Verfahren erlauben es nicht, PU wieder vollständig in Polyol und Isocyanat aufzuspalten. Statt einzelner Moleküle entstehen in ihnen Mischungen kurzkettiger Oligomere, die zu weit schlechteren Schaumeigenschaften führen als die ursprünglichen Zutaten. Maximal 20 Prozent fossiles ­Polyol lassen sich mit diesen Verfahren bei der Herstellung neuer Matratzen ersetzen, da sonst die Produkt­eigenschaften leiden. Terheiden will ein besseres Ergebnis erzielen. Bereits Anfang 2019 beginnt die Forschungsarbeit. Von Anfang an dabei ist die Creavis. Sie ist dafür zuständig, in neuartigen Themenfeldern und Märkten Geschäftsideen für Evonik auszuarbeiten. Terheiden kann sich damit auf die Chemie und die Anwendung im Endprodukt konzentrieren.

Als „Weichschäumerin“, wie sich Chemikerinnen in diesem Fachbereich selbst nennen, weiß sie, dass die Regulierung der Europäischen Union eine Recyc­ling­lösung für PU-Schäume erfordert. Die „Richtlinie 2019/904 des Europäischen Parlaments und des Rates über die Verringerung der Auswirkungen bestimmter Kunststoffprodukte auf die Umwelt“ – kürzer als „Plastik-Richtlinie“ bekannt – schreibt vor, dass viele Kunststoffprodukte ab 2025 zu einem Viertel aus Re­zyklat bestehen müssen. Hersteller müssen zudem ­einen Plan vorlegen, wie ihre Produkte am Ende der Nutzungszeit wiederverwertet werden. „Noch wird PU nicht so streng gesehen wie Einwegplastik“, sagt Terheiden. „Es geht aber nicht darum, ob das passieren wird, sondern nur, wann.“

In ihrem Büro an der Goldschmidtstraße zieht sich die Chemikerin einen weißen Laborkittel über und macht sich auf den Weg zum Labor von Michael Ferenz. Der Chemiker ist vor einem Jahr zum Recyclingprojekt gestoßen und verantwortet seit vorigem Sommer die Experimente im Labor in Essen. Hinter einer hochgefahrenen Sicherheitsscheibe steht eine mannshohe silbrig glänzende Apparatur: ein Hydrolysereaktor mit fünf Liter Fassungsvermögen. „Darin trenne ich mithilfe von Zusatzstoffen die PU-Schäume auf“, sagt Ferenz.

Die Zutatenliste wird dauernd optimiert. „Zuerst haben wir fein gemahlenen PU-Schnee genommen“, erzählt Ferenz. „Dieser hat jedoch eine sehr niedrige Schüttdichte, was die Befüllung des Reaktors deutlich erschwert hat. Daher wird jetzt an anderen Darreichungsformen gearbeitet.“

Nach der Beladung stellt der Experimentalchemiker die Parameter für die Versuchsanordnung ein. Auf ­einem Laptop, der mit dem Reaktor verkabelt ist und bunte Kurven vom letzten Versuch nachzeichnet, kann er alles steuern und kontrollieren. Rot ist die Temperatur in der Ummantelung zu sehen, orange die Temperatur im Reaktor und blau der Druck. Die letzte Kurve zeigt die Drehzahl des Rührers. Er sorgt dafür, dass alle Reaktanden gut vermischt werden.

Wer Ferenz fragt, was genau in diesem Überdruckkochtopf passiert, erhält eine Kurzauffrischung in Chemie: Kugelschreiber, klick, Zettel, los geht’s. Was er aufzeichnet, ist der Schlüssel zum Recyclingerfolg. Er wurde bei einer Recherche entdeckt und nutzt mit der Hydrolyse eine der fundamentalen Reaktionen in der organischen Chemie, indem ein Katalysator verwendet wird. „Ganz genau wissen wir noch nicht, wie es funktioniert“, räumt Ferenz ein. „Die Arbeitshypothese lautet, dass die Katalysatoren unsere Reaktanden besser zusammenbringen.“

Für die Polyurethanspaltung nutzen Ferenz und seine Kollegen ein katalytisches System. Durch die Verwendung eines Katalysators kann die Reaktion unter milderen Bedingungen ablaufen. Der Katalysator sorgt dafür, dass die nötigen chemischen Bindungen schnell und effizient gebrochen werden und die Reaktion überhaupt in einem akzeptablen Zeitraum ablaufen kann.

Wie das Ergebnis aussieht, zeigt Ferenz in einem Fläschchen. Es enthält, was nach erfolgreicher Hydro­lyse von PU-Schaum übrig bleibt: eine tiefbraune Flüssigkeit, in der sich reines Polyol und ein Amin (TDA) befinden. Letzteres lässt sich in einer Folgereaktion zum Isocyanat TDI umsetzen, und so werden ebenjene Stoffe, die für die Produktion von Polyurethan benötigt werden, zurückgewonnen. Damit die Moleküle wieder zum Aufschäumen taugen, müssen sie sauber voneinander getrennt werden. „Es hat lange gedauert, bis wir so weit gekommen sind“, sagt Ferenz.

Unzählige Versuchsanordnungen lieferten unbrauchbare Parameter. Jede Menge Katalysatoren und Additive erwiesen sich als untauglich. Forscheralltag eben. Mittlerweile ist der Proof of Concept gelungen: ein vollständig geschlossener Kreislauf, ohne Zugabe von frischem Polyol.

Das war der Startschuss für viele Experten von Evonik, insbesondere der Verfahrenstechnik: Partikeltechniker klären, wie Matratzen besser geschreddert werden können, Fluidverfahrenstechniker suchen nach einer Lösung, die dunkelbraune Flüssigkeit schneller und sauberer in ihre Bestandteile aufzutrennen, Digitalisierer, Mess- und Regeltechniker, Umwelttechniker, Sicherheitstechniker, sie alle lösen Probleme rund um den Prozess.

Ganz perfekt ist das Ergebnis noch nicht. Zwar verhalten sich die Schäume aus den recycelten Molekülen tadellos, sie sind aber bräunlich gefärbt. Aus fossilen Quellen gewonnenes Polyol ist anders als sein recycelter chemischer Zwilling farblos.

Partner aus der Industrie sind trotz dieser Herausforderungen von dem Prozess sehr angetan – zum Beispiel der englische Weichschaumproduzent The Vita Group, der hochwertige Matratzen produziert und eng mit Evonik zusammenarbeitet. „Wir haben recycelte ­Polyole von Evonik in mehreren unserer Weichschaumformulierungen getestet, und die Resultate waren sehr positiv“, sagt Vita-Chef Ian W. Robb.

Die Firma betrachtet sich als ­Pionier der umweltfreundlichen Produktion von Matratzen. Die hervorragende Ökobilanz des Recyclingprojekts ist für Robb daher ein entscheidender Faktor. „Wir wollen bei der Entwicklung umweltfreundlicher Technologien Vorreiter sein. Das ist ein Meilenstein auf dem Weg hin zur Kreislaufwirtschaft.“

Wie PU-Schaum mittels Hydrolyse recycelt werden kann

Bei Evonik gleicht das Recyclingprojekt mittlerweile einem gewaltigen Mosaik, an dem in mehreren Stand­orten parallel gearbeitet wird. Geschäftsbereiche jenseits der Schaumexperten von Comfort & Insulation unterstützen das Projekt. So haben zum Beispiel im Chemiepark Marl die Kollegen aus dem Bereich Crosslinkers ihre Anlagen zur Verfügung gestellt. Das große Bild soll aber schon in wenigen Monaten in Hanau zu sehen sein.

Dort entsteht eine Pilotanlage, in der die Bestandteile von ­Polyurethan in größeren Mengen gewonnen werden sollen. Dafür zuständig ist Andree Blesgen. Der Projektleiter der Verfahrenstechnik stieß 2020 zum Projekt. Statt fünf Litern, wie in den bisherigen Reaktoren, soll in der neuen Anlage ein Vielfaches herauskommen. „Wir hoffen, noch 2022 in Betrieb zu gehen und mit der neuen Anlage in den Tonnenbereich vorzustoßen“, sagt Blesgen.

Das wäre extrem flott. „Von der Patentrecherche bis zur Miniplant in drei Jahren, das ist richtig sportlich“, sagt Blesgen. Verantwortlich sei dafür nicht zuletzt die Begeisterung im Unternehmen für die Sache. „Es macht einfach riesigen Spaß, etwas ökologisch so Sinnvolles zu machen. Und daraus wächst eine unglaubliche Teamleistung“, sagt er. Selbst zu Hause zahlt sich für den 45-jährigen Familienvater das Projekt aus: „Wenn ich sonst von meinem Job erzählt habe, waren die Kinder eher mäßig interessiert – dass ich jetzt dabei mitwirke, Matratzen wiederverwertbar zu machen, finden sie richtig spannend.“

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Fotos: Henning Ross (6), Dave Kowal

Illustration: Oriana Fenwick / Kombinatrotweiss mit Fotovorlage von Hamid Sadeghi

Infografik: Maximilian Nertinger