Windräder, Autos und Helme: Forscher recyceln das Unverwertbare

Epoxidharze sind Beschichtungen und Klebstoffe, die ein breites Anwendungsspektrum haben. Egal, ob Bauwesen, Maschinenbau oder Fertigung: Carbonfasern und Co. werden überall dort eingesetzt, wo leichtes, aber strapazierfähiges und langlebiges Material benötigt wird. Doch genau diese Eigenschaften machen das Material so schwierig zum Recyceln.

Japanische Forscher haben mit ihrer neu entwickelten Methode nun eine Lösung für das Problem geschaffen. Durch den Einsatz eines neuartigen festen Katalysators lassen sich Materialien aus einer Reihe von Epoxidprodukten effizient für die Wiederverwendung zurückgewinnen – einschließlich der Fasern.

Zerstörerische Hürden beim Recycling

Wenn Sie gerade diesen Artikel lesen, sind Sie mit hoher Wahrscheinlichkeit von Epoxidverbindungen umgeben. Sie werden in elektronischen Geräten aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften verwendet, in Kleidungsstücken wie Schuhen aufgrund ihrer Bindeeigenschaften und im Bauwesen wegen ihrer physikalischen Robustheit.

Sogar in Flugzeugkarosserien und den Rotorblättern von Windrädern sind die starken Materialien wie Glas- oder Carbonfasern enthalten. Kurz gesagt: Die Bedeutung von Epoxidprodukten in der modernen Welt ist sehr hoch.

Doch bei all ihren Verwendungszwecken haben sie unweigerlich auch eine Kehrseite: Epoxidverbindungen sind im Wesentlichen Kunststoffe und erweisen sich nach ihrer Verwendung oder am Ende der Lebensdauer als schwierig zu entsorgen. Nicht selten landen sie unbehandelt auf Feldern zum Zwischenlagern – oder illegal entsorgt in der Natur.

Die Luftaufnahme von Oktober 2023 zeigt ausrangierte Windradflügel, die auf einem Feld in Texas, USA, entsorgt wurden. Methoden zum Recyceln der Rotorblätter sind rar und teuer. Foto: Brandon Bell/Getty Images

Um beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe, wie sie in Flugzeugteilen verwendet werden, zu zersetzen, benötigt es hohe Temperaturen von über 500 Grad Celsius oder starke Säuren oder Basen. Das kostet Energie, und die harten Bedingungen können die Fasern und die Dinge, die man zurückgewinnen will, beschädigen“, erklärte Professor Xiongjie Jin von der Universität Tokio.

Bisherige Recyclingverfahren nutzen die sogenannte katalytische Hydrogenolyse, die ihrerseits sehr viel Material benötigt. Grund sind die Einweg-Katalysatoren, die sich im Lösungsmittel, in dem die Epoxidzersetzung stattfindet, ebenfalls auflösen. Damit Material geschont und Katalysatoren mehrfach eingesetzt werden können, haben die japanischen Forscher einen festen Katalysator entwickelt.

Edle Helfer gegen Carbonfasern

Der neu entwickelte Katalysator ist bimetallisch, da er aus zwei Metallen – Nickel und Palladium – besteht. Zudem ist er an Oxide des Seltenerdmetalls Cer gebunden, um die gewünschten Reaktionen zwischen Epoxidharzen und Wasserstoffgas zu erzeugen.

Obwohl die Reaktionstemperatur immer noch bei etwa 180 Grad Celsius liegen muss, ist der Energiebedarf weitaus geringer als bei 500 Grad Celsius. Außerdem bedeuten niedrigere Temperaturen, dass die wiedergewonnenen Materialien nicht geschädigt oder zerstört sind, was eine erneute Verwendung ermöglicht.

Was aussieht wie ein Bündel abgeschnittener Haare beim Friseur, sind die mit der neuen Methode aus Japan zurückgewonnenen Carbonfasern. Foto: Jin et al. (2025), CC BY-ND

In den ersten Tests überlebte der feste Katalysator fünf Recycling-Durchgänge, ohne seine Leistung zu verlieren. Mit künftigen Optimierungen könnten die Forscher nicht nur die Zahl der Durchgänge erhöhen, sondern auch anderes Material recyceln.

Da unser Katalysator effektiv Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen spaltet, könnte er – wenn wir ihn modifizieren – auch mit anderen Kunststoffen funktionieren, da diese ebenfalls solche Bindungen enthalten“, so Prof. Jin.

Das Team möchte nun nach Wegen suchen, um seine Methode zu verbessern und sie zu einer kommerziell nutzbaren Option zu machen. Ein Punkt ist der Austausch von Edelmetallen wie Palladium mit häufigeren, günstigeren Materialien, ohne die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Wann das Verfahren den Massenmarkt und/oder Deutschland erreicht, ist zum jetzigen Zeitpunkt unklar.

Die Studie erschien am 6. Februar 2025 im Fachmagazin „Nature Communications“.